Buchi neri

[FILIPPO90]

Ciao a tutti!
Attualmente sto leggendo alcune nozioni sulla natura dei buchi neri, in particolare mi piace reperire informazioni da diversi libri e alla fine incrociarle per avere un'idea quanto più chiara possibile. In merito a ciò espongo brevemente ciò che non riesco a comprendere riguardo il comportamento dei buchi neri.
In primo luogo leggo che essi si espandono "risucchiando" materia circostante per effetto della enorme gravità, con la conseguenze che aumenta l'area dell'orizzonte degli eventi e la relativa entropia, in secondo luogo leggo (dalla Teoria del Tutto, Swephen Hawking) che, per effetto dell'assorbimento di particelle virtuali di energia negativa provenienti dal vuoto quantistico, essi perdono massa e quindi si rimpiccioliscono diminuendo l'area dell'orizzonte degli eventi e quindi la relativa entropia.
Prima incomprensione:
Sembrerebbe che i buchi neri aumentino e diminuiscano la loro massa contemporaneamente a causa di due fenomeni diversi (assorbimento di materia circostante reale e assorbimento di particelle virtuali). Quale dei due fenomeni prevale e perché?
Seconda incomprensione:
In entrambi i casi il secondo principio della termodinamica sembrerebbe quasi violato se non fosse per la teorica radiazione che gli stessi buchi neri emettono, e sempre dal libro la "Teoria del Tutto" tale radiazione è rappresentata dalla "fuga" di un membro (particella con energia positiva) della coppia di particelle virtuali. Tale radiazione viene emessa costantemente? È questa radiazione che rappresenta il calore dei buchi neri?
Mi scuso anticipatamente se faccio parecchia confusione ma non sono un esperto in materia, solo appassionato.

[Red Hanuman]

La potenza persa da un BN tramite la radiazione di Hawking è inversamente proporzionale al quadrato della sua massa. Per un BN di massa solare, per esempio, potremmo parlare di 9*10-29 Watt, ma siccome i BN hanno massa almeno pari a tre masse solari, ne consegue una dispersione molto minore.
La materia che può assorbire un BN, invece, è proporzionale alla sua massa; quindi più e grande e maggiore sarà la massa che potrà teoricamente attirare.
Se tieni conto della formula di conversione tra massa ed energia, ne consegue che basta pochissima massa per controbilanciare la perdita di energia del BN tramite radiazione di Hawking.

Di fatto, in questo universo è estremamente difficile che un BN possa evaporare. Ammesso che lo spazio intorno ad un BN di massa solare sia assolutamente vuoto (non raggiungibile nemmeno dai fotoni), esso impiegherebbe circa 1067 anni per evaporare (un miliardo di anni equivale a 109 anni).;)

[Red Hanuman]

Seconda incomprensione:
In entrambi i casi il secondo principio della termodinamica sembrerebbe quasi violato se non fosse per la teorica radiazione che gli stessi buchi neri emettono, e sempre dal libro la "Teoria del Tutto" tale radiazione è rappresentata dalla "fuga" di un membro (particella con energia positiva) della coppia di particelle virtuali. Tale radiazione viene emessa costantemente? È questa radiazione che rappresenta il calore dei buchi neri?
Mi scuso anticipatamente se faccio parecchia confusione ma non sono un esperto in materia, solo appassionato.

Il problema che (in parte) Hawking cerca di superare con la sua radiazione, è proprio quello della scomparsa delle informazioni che comporta la nostra attuale comprensione dei BN.
Di fatto, si dice che i BN non hanno capelli (teoria no-hair (https://it.wikipedia.org/wiki/Teorema_no-hair)), cioè che in essi molta parte dell'informazione che porta con sé la materia che precipita nei BN "scompare" di fatto dal nostro universo, e quindi rappresenta un paradosso.

La radiazione in teoria viene emessa di continuo, ma non in modo dipendente dalle proprietà della materia caduta nel BN.
Sempre in teoria, tale radiazione rappresenta la temperatura di corpo nero del BN, ed è inversamente proporzionale alla sua massa.

[FILIPPO90]

Innanzitutto grazie per la risposta.
1) Se ho capito bene un BN può evaporare solo se si trovasse in una zona di spazio priva di materia...rimanendoci per miliardi e miliardi di anni?
2)Hawking cerca di spiegare la sua radiazioni per mezzo di un comportamento quantistico, cioè la creazione da parte del vuoto di particelle virtuali. O sbaglio?
Se è vero che tale radiazione è la conseguenza di un fenomeno quantistico perché dovrebbe soddisfare la regola di proporzionalità inversa con la massa del BN? Voglio dire...il vuoto crea continuamente particelle virtuali indipendentemente dalla massa grande o piccola del buco nero, e trattandosi di particelle quantistiche non dovrebbero essere soggette alla gravità. Forse questo avviene perché in un BN di massa maggiore la velocità di fuga è maggiore e di conseguenza c'è meno probabilità che una delle due particelle virtuali sfugga all'attrazione?

[Red Hanuman]

Innanzitutto grazie per la risposta.
1) Se ho capito bene un BN può evaporare solo se si trovasse in una zona di spazio priva di materia...rimanendoci per miliardi e miliardi di anni?

Di fatto, sì. Fintanto che riceve anche un minimo di materia dall'esterno, il bilancio tra acquisto di massa e perdita tramite radiazione è a favore dell'aumento della massa del BN.


2)Hawking cerca di spiegare la sua radiazioni per mezzo di un comportamento quantistico, cioè la creazione da parte del vuoto di particelle virtuali. O sbaglio?

Esatto. Per mezzo delle fluttuazioni quantistiche, o "energia del vuoto".


Se è vero che tale radiazione è la conseguenza di un fenomeno quantistico perché dovrebbe soddisfare la regola di proporzionalità inversa con la massa del BN?

Perchè è in relazione con la superficie dell'OE, che dipende dalla massa del BN.


Voglio dire...il vuoto crea continuamente particelle virtuali indipendentemente dalla massa grande o piccola del buco nero, e trattandosi di particelle quantistiche non dovrebbero essere soggette alla gravità.

Chi l'ha detto? Massa ed energia sono la stessa cosa, e qualsiasi particella risente della gravità (o della curvatura dello spazio - tempo, che è lo stesso).


Forse questo avviene perché in un BN di massa maggiore la velocità di fuga è maggiore e di conseguenza c'è meno probabilità che una delle due particelle virtuali sfugga all'attrazione?

Leggiti QUESTO (https://www.astronomia.com/2012/02/09/davide-contro-golia-ovvero-vuoto-vs-buco-nero/) articolo, forse ti potrà chiarire qualcosa...;)

[Enrico Corsaro]

Ottima Red ;).

[Morimondo]

Leggiti QUESTO (https://www.astronomia.com/2012/02/09/davide-contro-golia-ovvero-vuoto-vs-buco-nero/) articolo, forse ti potrà chiarire qualcosa...;)

Interessantissimo articolo Red Hanuman! Mi pare di ricordare che Fred Hoyle avesse ipotizzato una generazione di particelle, nel vuoto, anche se suppongo non dovessero essere virtuali.

[Red Hanuman]

Se ti riferisci alla teoria dello stato stazionario, che richiedeva la continua formazione di materia...
Beh, è tutta un'altra cosa. Qui ci si rifà al principio di Heisenberg...;)

[FILIPPO90]

Curiosità: perché la nostra galassia e la galassia di Andromeda sono in rotta di collisione?

[SVelo]

Perché sono spinte dalla reciproca attrazione gravitazionale.

[mazzolatore]

si ipotizza che collideranno, ma non si sà con certezza.
Potrebbero passarsi vicino e non attraversarsi.
Inoltre essendo estremamente poco dense si pensa che non ci siano collisioni tra oggetti appartenenti alle galassie.

[mazzolatore]

Mentre con la nube di magellano siamo già in collisione.

[Enrico Corsaro]

In effetti le collisioni tra galassie non sono da intendere come urti o impatti veri e propri. Tuttavia la dinamica di questi eventi è altamente complessa poiché coinvolgono interazioni gravitazionali ad N corpi, le quali richiedono onerosi processi di calcolo numerico per essere risolte al trascorrere del tempo. Esistono anche software di simulazione per scontri galattici. Uno di questi ricordo si chiamasse Galaxia ed era reperibile in rete da usare come passatempo nel proprio computer.

[mazzolatore]

Wow esistono davvero programmi del genere disponibili a noi comuni mortali.... pensavo fossero disponibili solo per quelli della nasa o di google per via dei tanti calcoli che devono fare.
Ho programmato il moto di 2 corpi intorno al sole risolvendo le equazioni differenziali in modo numerico e il mio pc stava per esplodere come è possibile che galaxia risolva i problemi delle galassie? Devo assolutamente scaricarlo xD
Sono troppo curioso. Grazie per l'informazione.

[Enrico Corsaro]

Scusami ma ricordavo male io il nome del software, che si chiamava Gravity. Era per Windows, e adesso non so francamente se esista ancora. Ho un file zip che lo contiene, in caso se ti interessa te lo passo.

[Enrico Corsaro]

Non so comunque come funzioni di preciso il software ma escludo che risolva le equazioni del moto ad N corpi, sarebbe inconcepibile pensarlo. Molto probabilmente fa uso di qualche semplice approssimazione del potenziale gravitazionale, che riduce le equazioni ad un numero molto più maneggevole.

[mazzolatore]

Effettivamente .... a occhio e croce direi che visto che in media una galassia contiene 100 miliardi di stelle abbiamo 200 miliardi di corpi ognuno interagente con tutti gli altri in 3-D quindi 1.2*10^12 equazioni molto complicate integrate per un periodo dell'ordine dei migliardi di anni.
Forse è un po troppo anche per la nasa xD

[Enrico Corsaro]

Lo fanno lo fanno, non solo alla NASA, ma usano supercalcolatori, con cluster di migliaia di CPU cores ;).