Una nuova ricerca suggerisce che le future immagini ad alta risoluzione dei buchi neri potrebbero finalmente determinare se la teoria della gravità di Albert Einstein, la relatività generale, descrive accuratamente questi oggetti cosmici – o se sono necessarie teorie alternative. L’Event Horizon Telescope (EHT), che ha catturato le prime immagini in assoluto dei buchi neri nel 2019 e nel 2022, ha aperto una nuova era dell’astrofisica osservativa. Ma anche se queste immagini confermano molte previsioni della relatività generale, aumentano anche la possibilità di rilevare sottili deviazioni che potrebbero indicare una comprensione più completa della gravità.
L’ombra del dubbio
L’EHT non fotografa direttamente i buchi neri stessi. Invece, cattura l’intenso bagliore della materia surriscaldata che vortica intorno a questi oggetti, creando un’“ombra” oscura che delinea l’orizzonte degli eventi – il punto di non ritorno dove la gravità diventa inevitabile. L’ultimo studio propone che un’analisi dettagliata di queste ombre potrebbe rivelare piccole discrepanze rispetto alle previsioni di Einstein.
“Abbiamo sviluppato un modo per confrontare le immagini del gas caldo attorno ai buchi neri previste dalla relatività generale con quelle previste da teorie alternative”, spiega Akhil Uniyal dell’Università Jiao Tong di Shanghai, autore principale della ricerca. “Le simulazioni realistiche mostrano che anche piccole differenze nella gravità sottostante diventeranno rilevabili man mano che la risoluzione delle immagini migliora”.
L’eredità di Einstein: lo spaziotempo deformato
La teoria della relatività generale di Einstein, pubblicata nel 1915, rivoluzionò la nostra comprensione della gravità. A differenza della visione di Newton della gravità come forza, Einstein propose che gli oggetti massicci deformassero il tessuto dello spazio e del tempo, creando gli effetti gravitazionali che osserviamo. Questa deformazione diventa estrema in prossimità dei buchi neri, dove la gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire.
Il concetto di buchi neri emerse dalle equazioni di Einstein nel 1916, grazie al lavoro di Karl Schwarzschild. Queste soluzioni hanno rivelato che nel cuore di un buco nero si trova una singolarità, un punto in cui le leggi della fisica vengono meno. Intorno alla singolarità c’è l’orizzonte degli eventi, il confine oltre il quale nulla può sfuggire.
Oltre Einstein: la ricerca di alternative
Sebbene la relatività generale abbia superato innumerevoli test, gli scienziati hanno a lungo ipotizzato che potrebbe non essere la storia completa. Alcune teorie alternative propongono che i buchi neri potrebbero non avere singolarità o che potrebbero essere descritti da una fisica più complessa. Queste teorie spesso richiedono materie esotiche o violazioni di leggi conosciute.
“In generale, ci sono i buchi neri rotanti standard descritti dalla relatività generale, e poi una varietà di alternative motivate da teorie diverse”, afferma Uniyal. “Tutte queste alternative sono più complesse di quelle proposte da Einstein, ma rimangono teoricamente praticabili finché non vengono smentite”.
Come le ombre rivelano la verità
La chiave per testare queste alternative risiede nella misurazione precisa delle ombre dei buchi neri. Piccole deviazioni nella gravità sottostante si tradurranno in sottili cambiamenti nella dimensione e nella forma dell’ombra, così come nel modo in cui la luce si piega attorno al buco nero.
“L’ombra del buco nero codifica la geometria dello spaziotempo molto vicina all’oggetto compatto”, spiega Uniyal. “Piccole deviazioni metriche si traducono in cambiamenti piccoli e sistematici nella dimensione e nella forma dell’ombra e nel modo in cui si formano gli anelli di luce attorno ad essa”.
Lo studio dimostra che anche se le differenze tra la relatività generale e le teorie alternative sono piccole, diventeranno rilevabili man mano che la risoluzione delle immagini migliorerà. I ricercatori hanno addirittura quantificato queste differenze, fornendo obiettivi concreti per i futuri osservatori.
Il futuro dell’imaging dei buchi neri
I prossimi passi prevedono il miglioramento della qualità dell’imaging del buco nero aggiungendo più telescopi alla rete EHT e esplorando l’interferometria spaziale. Con l’aumentare della risoluzione, la capacità di distinguere tra relatività generale e teorie alternative diventerà più forte.
“Ciò che i nostri risultati mostrano è che qualunque buco nero si consideri, le differenze saranno piccole e quindi sono necessarie misurazioni molto accurate”, afferma Uniyal. “Fortunatamente queste osservazioni saranno possibili in un futuro non troppo lontano”.
Questa ricerca evidenzia il potere dell’astrofisica osservativa nel testare le teorie fondamentali della fisica. Mentre l’imaging del buco nero continua ad avanzare, potremmo presto avere una risposta definitiva alla domanda se la teoria di Einstein rimane la descrizione definitiva della gravità
