Questa visualizzazione di una simulazione di un buco nero mostra le sue linee di campo magnetico in verde che si rompono e si riconnettono con sacche di plasma (cerchi verdi al centro). (Credito immagine: A. Bransgrove et al. Physical Review Letters 2021)
Una nuova svolta nella fisica mostra come la teoria della relatività generale di Einstein continui a reggere, anche per i buchi neri "calvi".
I buchi neri sono regioni di This Webtime in cui l'attrazione della gravità è così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire all'essere trascinato dentro e "mangiato". La teoria della relatività generale di Einstein prevedeva l'esistenza dei buchi neri e che, indipendentemente da ciò che un tale oggetto "mangia", i buchi neri sono caratterizzati solo dalla loro massa, rotazione e carica elettrica. Gli astrofisici si riferiscono a questo come al teorema "senza capelli".
Ma c'è stato un ostacolo persistente in questo teorema: i campi magnetici. Affinché il teorema senza capelli sia valido, "mangiare" materiale non dovrebbe alterare le caratteristiche primarie di un buco nero. Ma mentre i buchi neri possono "nascere" con forti campi magnetici, possono anche ottenerli "mangiando" un certo materiale e le nuvole di plasma possono sostenere questi campi magnetici attorno a un buco nero.
I fisici hanno studiato questo intoppo utilizzando un supercomputer per simulare un buco nero circondato da plasma. In questo studio, hanno scoperto che anche quando i buchi neri hanno sostenuto campi magnetici, il teorema "senza capelli" e la teoria di Einstein continuano a valere.
"La congettura senza capelli è una pietra angolare della relatività generale", il coautore dello studio Bart Ripperda, un ricercatore presso il Center for Computational Astrophysics (CCA) del Flatiron Institute a New York City e un borsista post-dottorato alla Princeton University nel New Jersey, detto in un comunicato . "Se un buco nero ha un campo magnetico di lunga durata, allora la congettura senza capelli viene violata. Fortunatamente una soluzione è arrivata dalla fisica del plasma che ha salvato la congettura senza capelli dalla rottura".
Nelle loro simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che i campi magnetici attorno ai buchi neri possono evolversi. La loro simulazione ha mostrato che le linee del campo magnetico attorno al buco nero si sarebbero rapidamente frantumate e ricollegate. Questo fenomeno ha creato sacche di plasma, energizzate dal campo magnetico, che sarebbero ribollite e sarebbero state espulse in questa rete o inghiottite dal buco nero.
"I teorici non ci hanno pensato perché di solito mettono i loro buchi neri nel vuoto", dice Ripperda. "Ma nella vita reale, c'è spesso plasma, e il plasma può sostenere e portare campi magnetici. E questo deve adattarsi alla tua congettura senza capelli".
Ciò che ha davvero salvato il teorema senza capelli, tuttavia, è che gli scienziati hanno scoperto che questo processo ha prosciugato abbastanza rapidamente il campo magnetico fino a quando non è completamente svanito.
Questo esaurimento è avvenuto molto velocemente: un tasso del 10% della velocità della luce.
"La rapida riconnessione ha salvato la congettura senza capelli", ha detto Ripperda.
Questo lavoro è descritto in uno studio (si apre in una nuova scheda) pubblicato il 27 luglio sulla rivista Physical Review Letters.
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