La Scienza

Nei cent'anni successivi alla sua formulazione, la teoria della relatività di Einstein è stata messa alla prova da numerosi test sperimentali, superandoli tutti. Ma questi esperimenti sono stati eseguiti in condizioni di gravità relativamente debole. I ricercatori hanno così iniziato a domandarsi se la teoria può descrivere l'universo anche in condizioni estreme, come quelle che si verificano nelle regioni attorno ai buchi neri. Uno studio pubblicato da poco su "Physical Review D" suggerisce un modo per raggiungere questo obiettivo verificando i limiti della teoria: se la relatività generale smette di valere in prossimità dei buchi neri, sostengono gli autori dell'articolo, gli effetti potrebbero essere rilevati nei raggi X emessi dalla materia che viene inghiottita dai buchi neri.

Secondo la relatività generale, il fenomeno che sperimentiamo come forza gravitazionale è il risultato della curvatura dello spazio-tempo (una combinazione delle tre dimensioni spaziali con la quarta dimensione temporale) attorno alle masse. Quanto più un oggetto è denso, tanto più deforma la struttura dello spazio-tempo e tanto più è intenso il suo campo gravitazionale.

Attorno a oggetti come i buchi neri, resti di stelle massicce esplose, così compatti che neppure la luce può sfuggire alla loro attrazione gravitazionale, lo spazio-tempo è fortemente distorto. Per formulare una previsione di come lo spazio-tempo sia curvato attorno ai buchi neri, i fisici usano le leggi della relatività e il cosiddetto teorema no-hair, o teorema dell'essenzialità, secondo cui i buchi neri sono definiti da due sole grandezze: massa e rotazione. In termini tecnici, la curvatura è denominata soluzione di Kerr.

Provare che la soluzione di Kerr fornisce un'accurata descrizione dello spazio-tempo in prossimità di un buco nero mostrerebbe che la relatività generale vale anche in ambienti con una gravità estrema. Ma finora nessuno è riuscito a provare la correttezza della soluzione di Kerr. Idealmente gli astrofisici dovrebbero registrare il moto di un oggetto mentre viaggia nella regione attorno a un buco nero per caratterizzare la curvatura dello spazio-tempo. Alcuni buchi neri però misurano solo diversi chilometri di diametro, una distanza assai piccola su scala cosmica: in questo momento non è possibile tracciare singoli oggetti che si muovono in uno spazio così limitato a distanza di anni luce.