Il BUCO NERO: la porta di uscita della nostra realtà

Il punto di non ritorno: In astronomia, è conosciuto come un buco nero - una regione dello spazio in cui la forza di gravità è così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. I buchi neri che possono essere miliardi di volte più massiccio del nostro Sole può risiedere al centro della maggior parte delle galassie. Tali buchi neri supermassicci sono così potenti che l'attività a loro confini possono propagarsi in tutto il loro galassie ospiti. Ora, un team internazionale, guidato dai ricercatori dell'Osservatorio Haystack del MIT, ha per la prima volta misurato il raggio di un buco nero al centro di una lontana galassia -. più vicina in cui la materia può avvicinarsi, prima di essere definitivamente tirato nel buco nero Gli scienziati collegati tra loro piatti radio alle Hawaii, Arizona e California, per creare un array telescopio chiamato " telescopio Event Horizon "(EHT) che può vedere Dettagli 2.000 volte più sottili di ciò che è visibile al telescopio spaziale Hubble. Questi piatti sono stati formati radiofonici su M87, una galassia circa 50 milioni di anni luce dalla Via Lattea. M87 ospita un buco nero 6 miliardi di volte più massiccio del nostro sole, con questa matrice, il team ha osservato il bagliore della materia vicino al bordo di questo buco nero - una regione conosciuta come "orizzonte degli eventi". "Una volta che gli oggetti cadono attraverso l'evento orizzonte, sono persi per sempre ", dice Shep Doeleman, assistente alla regia presso l'Osservatorio MIT Haystack e ricercatore associato presso il Smithsonian Astrophysical Observatory. "E 'una porta di uscita dal nostro universo. Se cammini attraverso quella porta, non tornerai ". Doeleman ei suoi colleghi hanno pubblicato i risultati del loro studio questa settimana sulla rivista Science . Jets a bordo di un black hole buchi neri supermassicci sono gli oggetti più estremi previsti dalla La teoria di Albert Einstein della gravità - dove, secondo Doeleman ".La gravità va completamente in tilt e schiaccia una massa enorme in uno spazio incredibilmente vicino" Ai confini di un buco nero, la forza di gravità è così forte che tira  tutto, dalla sua posizione e dintorni. Tuttavia, non tutto può attraversare l'orizzonte degli eventi di spremere in un buco nero. Il risultato è un "ingorgo cosmico" in cui gas e polveri esistenti, creando un piatto pancake della materia noto come un disco di accrescimento. Questo disco di materia orbita intorno al buco nero quasi alla velocità della luce, alimentare il buco nero da un costante fabbisogno di materiale surriscaldato. Nel tempo, il disco può causare al buco nero di ruotare nella stessa direzione del materiale orbitante.

Un disco di accrescimento (arancione) di gas e polvere circonda buchi neri super-massicci al centro della maggior parte delle galassie. Questi dischi di materia galattica emettono raggi magnetici (linee rosa) che sputano fuori dal centro del buco nero, la materia attingendo da entrambi i lati in potenti getti.
Immagine: NASA e Ann Field (Space Telescope Science Institute)

Presa da questo flusso a spirale sono campi magnetici, che accelerano il materiale caldo lungo potenti fasci di sopra del disco di accrescimento Il risultante ad alta velocità a getto, avviato dal buco nero e il disco, spara fuori in tutta la galassia, che si estende per centinaia di migliaia di luce anni. Questi getti possono influenzare molti processi galattici, tra cui la velocità si formano le stelle. 'Einstein' giusto? ' traiettoria Un jet potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere la dinamica dei buchi neri nella regione in cui la loro gravità è la forza dominante. Doeleman dice un tale ambiente estremo è perfetto per confermare la teoria di Einstein della relatività generale -. Descrizione definitiva di oggi di gravitazione "le teorie di Einstein sono state verificate in condizioni di scarsa gravitazionali casi di campo, come sulla Terra o nel sistema solare", Doeleman dice. "Ma non sono state verificate proprio l'unico posto nell'universo in cui le teorie di Einstein potrebbe abbattere -. Che si trova proprio sul bordo di un buco nero" Secondo la teoria di Einstein, la massa di un buco nero e il suo spin determinano strettamente materiale  che possa orbitare prima di diventare instabile e cadere in verso l'orizzonte degli eventi. Perché jet M87 è magneticamente lanciato da questa piccola orbita, gli astronomi possono stimare la rotazione del buco nero attraverso la misurazione accurata delle dimensioni del getto in cui lascia il buco nero. Fino ad ora, nessun telescopio ha avuto il potere di ingrandimento richiesto per questo tipo di osservazione. "Ora siamo in grado di fare la domanda, 'Einstein è giusto?'" Doeleman dice. "Siamo in grado di identificare le caratteristiche e le firme previste dalle sue teorie, in questo campo gravitazionale molto forte." Il team ha utilizzato una tecnica chiamata Very Long Baseline Interferometry, o VLBI, che collega i dati di piatti radio situati migliaia di chilometri di distanza. I segnali provenienti dai vari piatti, considerati nel loro insieme, creare un "telescopio virtuale" con il potere di risoluzione di un singolo telescopio grande come lo spazio tra i piatti più disparati. La tecnica consente agli scienziati di visualizzare i dettagli estremamente precisi in galassie lontane. Usando la tecnica, Doeleman e il suo team ha misurato l'orbita più interna del disco di accrescimento di essere solo 5,5 volte la dimensione del buco nero orizzonte evento. Secondo le leggi della fisica, questa dimensione suggerisce che il disco di accrescimento è in rotazione nella stessa direzione, come il buco nero -. La prima osservazione diretta di confermare le teorie di come getti di potenza buchi neri dai centri delle galassie Il team prevede di espandere la propria Telescope Array, l'aggiunta di piatti radio in Cile, Europa, Messico, Groenlandia e l'Antartide, al fine di ottenere immagini ancora più dettagliate dei buchi neri in futuro. Christopher Reynolds, professore di astronomia presso l'Università del Maryland, dice che i risultati del gruppo di fornire i primi dati osservativi che aiuteranno gli scienziati a capire come i getti di un buco nero si comporta. "La natura di base di getti è ancora misteriosa", dice Reynolds. "Molti astrofisici il sospetto che i getti sono alimentati da centrifuga buco nero ... ma in questo momento, queste idee sono ancora del tutto nel campo della teoria. Questa misura è il primo passo nel mettere queste idee su una solida base di osservazione. " Questa ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation.

Nel 1975, Stephen William Hawking e Jacob Bekenstein mostrarono che i buchi neri irraggerebbero lentamente energia, e ciò pose un problema. Dal teorema dell'essenzialità, ci si aspetterebbe che la radiazione di Hawking fosse completamente indipendente dal materiale entrante nel buco nero. Ciò nondimeno, se il materiale entrante nel buco nero fosse uno stato quantistico puro, la trasformazione di questo stato nello stato eterogeneo della radiazione di Hawking distruggerebbe l'informazione riguardante lo stato quantico originale. Questo viola il teorema di Liouville e presenta un paradosso fisico.

Più precisamente, se c'è uno stato puro correlato, e una parte del sistema correlato viene gettata nel buco nero mentre l'altra parte viene tenuta all'esterno, il risultato dopo che la traccia parziale è stata portata all'interno del buco nero è uno stato misto. Ma poiché ogni cosa all'interno del buco nero urterà la singolarità in un tempo fissato, la parte che vi viene tracciata parzialmente potrebbe "sparire", per non ricomparire più. Naturalmente, non è realmente noto cosa succede nelle singolarità una volta che sono stati presi in considerazione gli effetti quantistici, ragion per cui questa teoria congetturale è controversa.

Hawking, comunque, era convinto a causa della semplice eleganza dell'equazione risultante la quale "unificava" termodinamica, relatività, gravità, e il lavoro di Hawking stesso sul Big Bang. Questo infastidì molti fisici e in particolare John Preskill, il quale nel 1997 scommise con Hawking e Kip Thorne che l'informazione non veniva persa nei buchi neri.

Ci sono diverse idee riguardo a come il paradosso possa essere risolto. Fin dalla proposta, nel 1997, della corrispondenza AdS/CFT, la convinzione predominante tra i fisici è che l'informazione viene preservata e che la radiazione di Hawking non è precisamente termica, ma riceva correzioni quantiche. Altre possibilità includono il fatto che l'informazione sia contenuta in un residuo planckiano rimasto alla fine della radiazione di Hawking o a una modificazione delle leggi della meccanica quantistica che permetta un'evoluzione del tempo non-unitario.

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