Un fisico triestino spiega con una nuova teoria la morte dei buchi neri

TRIESTE Domanda: che cosa accade a un buco nero dopo che, a furia di emettere radiazione termica, comincia a contrarsi, la sua temperatura aumenta e perde massa fino a estinguersi? Risposta: forse diventa un fossile di buco nero, fatto di materia inimmaginabile di natura cosmologica simile a quella che dominava l'universo primordiale, all'incirca 13 miliardi d'anni or sono.
A farsi la domanda è stato soprattutto Stephen Hawking, fin da quando – intorno al 1975 – dimostrò matematicamente che un buco nero, in realtà, non è del tutto nero: non lascia sfuggire nulla ma emette particelle fino a svanire, a «evaporare», come dicono gli astrofisici. Ma poi anche il geniale guru della cosmologia (ora pronto a lasciare la sua sedia a rotelle ipertecnologica per tentare l'avventura di un balzo alla soglia dello spazio) era stato costretto ad arrendersi: neppure lui era in grado di prevedere la sorte finale del buco nero, quando la sua massa va a zero e la sua temperatura cresce asintoticamente all'infinito.
A dare – o almeno a tentare di dare – una risposta all'enigma della sorte finale dei buchi neri è ora un giovane teorico triestino, Piero Nicolini, in forza al Dipartimento di matematica e informatica della nostra Università e alla sezione triestina dell'Infn, l'Istituto nazionale di fisica nucleare. Trentasei anni, laurea in fisica a Trieste, dottorato a Bologna e poi un periodo di post-doc a Marsiglia e a Torino.
Nicolini è ora reduce da un lungo giro di seminari coast-to-coast negli Stati Uniti: dal Mit all'Alabama, dall'Università della California alla Columbia University di New York. Dappertutto ha incontrato grande interesse per la sua teoria, sviluppata da un paio d'anni assieme a due colleghi dell'Università di Trieste e dell'Infn (Anais Smailagic ed Euro Spallucci) e oggetto di pubblicazione su una rivista di settore rigorosa come «Physics Letters».
«I buchi neri – dice Nicolini – sono ormai diventati un laboratorio privilegiato per studiare i fenomeni quanto-gravitazionali. Sono una fantastica 'palestra' per chi fa fisica teorica. Ho cominciato a occuparmi di buchi neri ai tempi del dottorato, sulla scia della mia passione per la relatività generale. E nel tentativo di conciliare relatività e meccanica quantistica, le due grandi teorie del Novecento che spiegano rispettivamente il macrocosmo e il microcosmo».
È infatti la relatività einsteiniana a predire l'esistenza dei buchi neri, stelle di grande massa collassate e in agonia, dotate di un'altissima densità e di un'attrazione gravitazionale talmente elevata da attirare e «ingoiare» al loro interno tutta la materia presente nello spazio circostante. Al tempo stesso, nessuna radiazione elettromagnetica – neppure la luce – riesce a sfuggire dall'orizzonte degli eventi, l'ideale superficie del buco nero. Che quindi è per definizione invisibile, e la cui esistenza può essere intuita solo indirettamente. Ad esempio sotto forma di mostruosi «motori cosmici» al centro delle galassie (inclusa la nostra Via Lattea).
Se Hawking ha ragione, tuttavia, i buchi neri emettono pur sempre particelle di radiazione termica. È quella che vien detta appunto «radiazione di Hawking», che alla fine porta alla «morte» del buco nero. Ma poi che succede?
«Succede che entriamo in un regime di gravità quantistica - spiega Piero Nicolini. - La descrizione classica della gravitazione fornita dalla relatività generale deve venire abbandonata, è del tutto inadeguata a spiegare eventi del genere. Bisogna ricorrere alla gravità quantistica».
E allora? «Allora, con Smailagic e Spallucci ho pensato di lavorare sugli effetti quanto-gravitazionali, superando le limitazioni dei modelli matematici convenzionali in uso da più di novant'anni e trovando una nuova soluzione delle equazioni di Einstein. Da qui è emerso per la prima volta uno scenario che descrive la fase finale dell'evaporazione, vale a dire la formazione di un 'relic', un fossile di buco nero allo zero assoluto. Tutti immaginavano che questo potesse essere il destino finale di un buco nero. Ma fino ad ora non c'era alcuna teoria in grado di giustificarlo».
Idea affascinante, questa del fossile di buco nero. Ma destinata – come tante – a rimanere nel limbo delle speculazioni su cui si affannano i fisici teorici? Come quella teoria delle stringhe elaborata per inglobare in un'unica visione tutte le forze fondamentali della natura, che assimila gli atomi a «cordicelle» infinitesimali dalla cui vibrazione avrebbero origine le particelle elementari della materia e quindi il mondo che percepiamo attorno a noi?
Forse no. Alla fine di quest'anno (o, più probabilmente, all'inizio del 2008) entrerà in funzione al Cern di Ginevra il nuovo mega-acceleratore Lhc, che farà scontrare tra loro fasci di protoni a energie finora inaccessibili. E da questi scontri – accanto al sospirato «bosone di Higgs» che dà la massa alle particelle – potrebbero formarsi anche dei mini buchi neri. Che, in accordo con Hawking, evaporerebbero in una frazione di miliardesimo di secondo dando origine a fossili di buchi neri rivelabili dalla strumentazione del Cern. E confermando così la teoria dei tre studiosi triestini.
Ma non è finita qui. Racconta – e sogna – Piero Nicolini: «Tutto ciò diventa possibile solo se esistono almeno due dimensioni extra oltre alle quattro che conosciamo nella nostra realtà quotidiana (vale a dire le tre dimensioni dello spazio fisico più quella del tempo). E questo sarebbe in accordo con la teoria delle stringhe, che prevede spazi a molte dimensioni. Insomma: si potrà cominciare a capire la struttura della materia dell'universo primordiale».
Fabio Pagan