I buchi neri contorcono anche la luce

Illustrazione di un buco nero che coinvolge anche la luce nel processo di torsione a chiocciola, assieme alla materia (credit: NASA)

Bo Thidé e i colleghi dell'Istituto Svedese di Fisica dello Spazio di Uppsala hanno pubblicato il 13 febbraio su Nature Physics uno studio che permetterà di rilevare la rotazione irregolare dei buchi neri.

I telescopi esistenti potrebbero infatti  essere dotati di rilevatori speciali per registrare la torsione impressa sulle onde di luce che passano vicino a un buco nero in rapida rotazione.

"L'effetto di recente scoperto è una conseguenza della teoria della relatività di Einstein e si basa sulle simulazioni numeriche effettuate dalla sua squadra" ci dice Thidé.

I ricercatori avevano già predetto e trovato alcune prove che i buchi neri e le stelle di neutroni. ruotando, mescolerebbero il tessuto circostante dello spazio-tempo, in un effetto conosciuto come "Frame dragging" traducibile come "trasporto sequenziale" ( SN: 9/2/00, p. 150 ).

Ma i ricercatori non avevano esplorato in dettaglio la possibilità che i buchi neri rotanti potessero anche coinvolgere nel processo la luce, impartendo un momento angolare alla radiazione. Per Martin Bojowald della Pennsylvania State University: "Il buco nero influisce sullo spazio-tempo in modo tale che la luce è coinvolta con il momento angolare orbitale automaticamente".

Le onde luminose sono costituite da creste e depressioni. Tali onde luminose che viaggiano all'unisono e senza ostacoli nello spazio hanno fronti d'onda (la superficie piana immaginaria su cui le linee di cresta di un onda si scontrano con la cresta di un altro)

Al contrario, quando la luce passa vicino ad un buco nero, ogni fotone acquista una torsione che altera la superficie piana d'onda in specie di scala a chiocciola centrata attorno alla direzione di marcia del fascio di luce.

"Ciò che è nuovo ed emozionante in questo stuio è che l'effetto appare effettivamente misurabile per il buco nero al centro della nostra galassia", dice Saul Teukolsky della Cornell University.

Thidé dice che il suo team esaminerà le osservazioni al radio telescopio del buco nero della Via Lattea per verificare che la luce abbia già subito la torsione. Bojowald dice che: "la tecnica non sarà un immediato strumento per le osservazioni reali dei buchi neri, ma sembra abbastanza promettente per suggerire l'aggiornamento dei telescopi in modo che possano cercarla".

"Nel frattempo" egli dice "la luce distorta ci dà un nuovo mezzo per verificare la relatività generale e lo spazio-tempo".

Tutto questo è per ora il risultato di calcoli ma già adesso gli attuali telescopi, con opportuni strumenti olografici, potrebbero misurare il grado di vorticità di qualsiasi onda elettromagnetica.  Per Fabrizio Tamburini del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Padova, uno degli autori dello studio, le applicazioni sono innumerevoli. “Come illustrato nel nostro articolo, abbiamo trovato il legame tra le equazioni della relatività generale di un buco nero rotante e la produzione di vorticità della radiazione elettromagnetica. Si possono così aprire  nuove frontiere nello studio dei nuclei galattici attivi e della rotazione delle galassie”.

La vorticità di un’onda elettromagnetica  ci fornisce in pratica ulteriori informazioni sulla sorgente che l’ha indotta. Ma nello stesso tempo può essere sfruttata come ulteriore canale per trasmettere informazioni, ad esempio nel campo delle telecomunicazioni. “Stiamo costruendo delle antenne particolari che riescono a imprimere vorticità nelle onde radio”, spiega Tamburini, “quello che abbiamo in mente è di ottenere una trasmissione di tali onde su grande distanza nel mondo reale, non più in laboratorio. In questo modo potremo trasmettere più canali sulla stessa frequenza perché sfruttando i diversi gradi di vorticità di un’onda è come se avessimo diversi canali sui quale ricevere e trasmettere informazioni utilizzando solo quell’onda”.

Il lavoro svolto dal gruppo rivela anche un aspetto curioso: “Il nostro non è solo un lavoro teorico ma anche fisico. Ad esempio abbiamo modificato dei paraboloidi in acciaio piegandoli a martellate. Non è un lavoro tipico di un fisico teorico però è divertente avere delle idee, sviluppare equazioni e alla fine vedere i risultati prendere forma in modo concreto nelle proprie mani”.

Traduzione e adattamento a cura di Arthur McPaul (dal Centro Ufologico Ionico)

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