Dalla gravità alla fluidodinamica

I buchi neri sono una delle previsioni maggiormente degne di nota della teoria della relatività generale. Nel progetto FLUIDGRAVITY (Fluidodinamica e gravità quantistica), recenti progressi in teoria cosmologica del mondo-brana, teoria delle stringhe e fluidodinamica hanno motivato studi dei buchi neri in più di quattro dimensioni con risultati sorprendenti.

In uno spaziotempo con più di quattro dimensioni, i buchi neri si presentano con forme insolite e dinamiche non comuni. Le soluzioni delle equazioni di Einstein includono multipli limiti asintotici e orizzonti degli eventi passati che non si osservano nei buchi neri reali formati dal collasso gravitazionale di una stella massiva.

Gli scienziati di FLUIDGRAVITY si sono concentrati su una di queste caratteristiche: l’orizzonte interno di un buco nero che è inaccessibile a un osservatore esterno. Essi hanno studiato soluzioni dell’equazione scalare delle onde per un buco nero e come le informazioni ottenute si traducono in osservabili fisicamente significativi.

Inoltre, sono state scoperte famiglie di soluzioni esatte delle equazioni altamente non-lineari dell’elettromagnetismo degenere (force-free), che presentano complessi fenomeni osservati nella regione prossima all’orizzonte. In particolare, molta della fisica dell’estrazione dell’energia elettrodinamica è stata catturata per i buchi neri rotanti.

D’altra parte, le equazioni di campo non possono essere risolte analiticamente. Di conseguenza, gli scienziati hanno sviluppato delle tecniche per estrarre le proprietà della dispersione di particelle in fuga da un buco nero senza una soluzione analitica. Il nuovo approccio consente di stimare la dipendenza degli osservabili basata sulle proprietà analitiche delle soluzioni.

Con questi studi, gli scienziati di FLUIDGRAVITY si sono trovati all’inizio di un viaggio difficile ma promettente. Le loro soluzioni sono valide per uno spaziotempo curvo, ma l’Universo è molto più complesso. Successivamente, essi hanno usato la relazione tra relatività generale e idrodinamica per studiare come si comportano i buchi neri quando vengono perturbati.

La ricerca in corso potrebbe dire di più ai fisici riguardo agli effetti della turbolenza sullo spaziotempo del buco nero e se i vortici gravitazionali rotanti sono osservabili.