Una nuova comprensione dei buchi neri
La teoria della relatività generale di Einstein ridefinì la legge della gravità di Newton e fissò il continuum spazio-temporale con tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale. Essa ha delle interessanti implicazioni, come ad esempio la “curvatura” del cosmo da parte di oggetti molto massicci. Inoltre prevede l’esistenza di onde gravitazionali, che propagano delle distorsioni nella geometria dello spazio e dei buchi neri. Delle connessioni sperimentali dirette a quelle teorie, come la rilevazione delle onde gravitazionali e la produzione di buchi neri al Large Hadron Collider (LHC), hanno promosso la maturazione di un nuovo campo all’interno della relatività generale chiamato relatività numerica. La rete di formazione NRHEP (Numerical relativity and high energy physics), finanziata dall’UE, ha favorito l’eccellenza europea in questo eccitante nuovo campo. La rete ha prodotto oltre 100 articoli scientifici pubblicati nelle principali riviste internazionali, inclusi 11 articoli pubblicati nella prestigiosa rivista Physical Review Letters. I partecipanti hanno prodotto alcuni dei migliori valori fenomenologici per l’energia emanata, sotto forma di onde gravitazionali, nella collisione delle due particelle puntiformi alla velocità della luce, che è rilevante per gli scenari della gravità al TeV che vengono testati al LHC. Un altro risultato largamente applicabile è che la materia oscura si può accumulare nelle stelle e portare a delle configurazioni molto più stabili di quanto si riteneva in precedenza. Degli importanti nuovi risultati sono stati ottenuti per i buchi neri rotanti. Un problema di vecchia data dell’elaborazione di perturbazioni per i buchi neri di Kerr-Newman (rotanti e carichi) è stato risolto. Sono stati svelati due meccanismi che possono rendere i buchi neri di Kerr instabili in alcune teorie della gravità alternative. È stato scoperto un nuovo tipo di buco nero rotante, con potenziale rilevanza astrofisica, che aggira l’opinione diffusa che la relatività generale con fonti di materia semplici e fisiche ammette come soluzioni solo i buchi neri come quelli di Kerr. Questi nuovi buchi neri possono avere delle proprietà fenomenologiche molto differenti. Il progetto ha mostrato che le collisioni di particelle nelle vicinanze di buchi neri che ruotano velocemente possono produrre materia espulsa ad alta energia, sollevando la possibilità che il processo collisionale Penrose possa alimentare raggi gamma e raggi cosmici ad altissima energia. NRHEP ha compiuto degli eccellenti progressi nell’applicare metodi della relatività numerica allo studio dei buchi neri, affrontando domande inaccessibili con altri metodi. Visti i molti progressi compiuti nei metodi sperimentali e i risultati riguardanti la fisica ad alta energia, il progetto ha spianato la strada a un impatto significativo per l’UE in un campo emergente che promette di rivoluzionare la nostra comprensione del cosmo.
Parole chiave
Buchi neri, relatività numerica, onde gravitazionali, NRHEP, fisica ad alta energia