L’universo è contenuto all’interno di un buco nero?

Le rotazioni di alcune galassie primordiali potrebbero essere un indizio per cui l’intero cosmo osservabile si trova in un buco nero, tranne per il fatto che tutte le prove disponibili dimostrano il contrario
di Paul Sutter/Scientific American
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Nel desolante panorama mediatico odierno, in cui le notizie legittime coesistono con le allucinazioni dilaganti dei chatbot e con un’epidemia sociale di disinformazione, dovrebbe essere ovvio che non si può credere a tutto ciò che si legge.

Ma questo dovrebbe valere in particolare per le affermazioni di ampio respiro che riguardano l’intero universo. Per esempio, consideriamo un recente articolo che suggerisce audacemente che potremmo vivere all’interno di un gigantesco buco nero. Anche se i cosmologi sono sempre pronti a nuove ed entusiasmanti rivelazioni, e le implicazioni di un simile risultato sarebbero enormi, dobbiamo essere estremamente cauti nel saltare alle conclusioni prima che ci siano prove sufficienti.

L’articolo, scritto da Lior Shamir, informatico della Kansas State University, è apparso a marzo sulla rivista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, un’importante rivista con una storia prestigiosa che risale a quasi due secoli fa. A prima vista, lo studio di Shamir sembra essere convincente. Esaminando un campione di galassie provenienti da un’ampia indagine condotta con il James Webb Space Telescope (JWST), Shamir ha scoperto che circa due terzi di esse ruotano nello stesso senso orario della Via Lattea, mentre il restante terzo ruota in senso antiorario.

Questo dato è alquanto sconcertante perché un principio fondamentale della cosmologia è che, a scale intergalattiche sufficientemente grandi, le proprietà e la struttura dell’universo dovrebbero essere essenzialmente uguali in tutte le direzioni. Quindi ci aspetteremmo una divisione approssimativa tra galassie che ruotano in senso orario e galassie che ruotano in senso antiorario, ovunque si guardi.

Lo squilibrio individuato da Shamir – sostiene lo stesso Shamir – potrebbe essere un segno che viviamo in un universo rotante. Pur offrendo diverse spiegazioni su che cosa potrebbe causare la rotazione dell’universo, Shamir si concentra soprattutto sull’ipotesi che si trovi all’interno di un gigantesco buco nero. Poiché i buchi neri ruotano naturalmente, questo potrebbe dare un po’ di rotazione all’intero cosmo, che alla fine si ripercuoterebbe a cascata su scala cosmica per modificare i vortici delle singole galassie.

I cosmologi sarebbero entusiasti di apprendere che una (o entrambe) queste possibili spiegazioni sono vere: che il cosmo sta ruotando o che è l’interno di un buco nero gigante.

Tali rivelazioni aprirebbero incredibili opportunità per nuove ricerche e potenzialmente spiegherebbero problemi fastidiosi come l’energia oscura e la tensione di Hubble. Se non altro, per la maggior parte di noi, sarebbe anche molto divertente parlarne durante una serata galante.

In effetti, gli astronomi si sono cimentati con entrambi i concetti per quasi un secolo. Nel 1949 l’eminente matematico Kurt Gödel, amico di lunga data di Albert Einstein, scoprì una soluzione analitica esatta alla teoria generale della relatività di Einstein che includeva un cosmo rotante. È interessante notare che l’universo rotante costruito da Gödel consentiva di viaggiare nel tempo nel passato, cosa che egli utilizzò per aprire dei varchi nella vantata teoria di Einstein.

E non appena gli astrofisici si sono resi conto che i buchi neri non erano semplici riflessioni teoriche ma possono effettivamente nascere dal collasso delle stelle, hanno iniziato a chiedersi se l’universo fosse intrappolato in uno di essi. Le somiglianze sono troppo evidenti per essere ignorate. Per come li intendiamo noi, i buchi neri hanno al loro centro una singolarità, un punto di densità infinita. Se si riavvolge l’orologio cosmico, anche l’universo ha una sorta di singolarità: un punto di densità infinita al momento del big bang. I buchi neri hanno un orizzonte degli eventi, un confine invisibile a senso unico sul loro bordo che nemmeno la luce è abbastanza veloce da eludere.

L’universo ha un orizzonte cosmologico, un limite oltre il quale non possiamo vedere, fissato dalla sua età finita, dalla velocità finita della luce e dall’espansione cosmica. Ma purtroppo le somiglianze finiscono qui. La singolarità del big bang non è una posizione nello spazio, a differenza delle singolarità dei buchi neri. È un punto del nostro passato. E all’interno di un buco nero tutto si schiaccia verso quella singolarità, mentre il nostro universo si espande.

Un modo per far somigliare un buco nero all’universo è modificare le equazioni della relatività generale. Una di queste modifiche, nota come teoria di Einstein-Cartan, può evitare del tutto le singolarità dei buchi neri introducendo un’ulteriore fonte di forza gravitazionale repulsiva causata dalla torsione. Nella maggior parte dei casi, questa torsione passa inosservata. Ma nelle condizioni estreme di una stella in collasso, la singolarità non si forma mai e il buco nero diventa un ponte verso un buco bianco, il gemello bizzarro del buco nero. Mentre un buco nero impedisce qualsiasi uscita, rinchiudendo il suo contenuto per l’eternità, un buco bianco è una regione di spazio che non può essere penetrata e che sputa per sempre il suo contenuto.

Il problema dei buchi bianchi, tuttavia, è che sono catastroficamente instabili. Hanno ancora un’attrazione gravitazionale, ma la materia non può mai entrarvi. Quindi, non appena anche un granello di polvere si avvicina troppo, l’energia del sistema si scatena e il buco bianco si trasforma in un buco nero. Questo è uno dei motivi per cui non crediamo che i buchi bianchi esistano nell’universo: non possono perdurare.

Ma forse… il nostro universo in espansione è esso stesso una sorta di buco bianco stabile, nato dalla formazione di un buco nero in un altro cosmo. E anche se i buchi bianchi sono regioni di gravità estremamente curve, forse c’è un modo per farli sembrare piatti una volta che crescono su scala cosmologica. Le ipotesi continuano ad accumularsi per questa idea fantasiosa, che, vi ricordo, non ha prove solide a sostegno, ma l’universo ci ha già sorpreso in passato. Quindi, se le prove ci portano in quella direzione, dovremo ammettere di esserci sbagliati e trovare un modo per affrontare la vita all’interno di un buco nero.

Tuttavia, le prove non ci portano affatto in questa direzione.

I cosmologi hanno iniziato a mappare seriamente l’universo su larga scala dalla fine degli anni settanta. In questo arco di tempo, hanno sviluppato tecniche sofisticate per fotografare il maggior numero possibile di galassie. Con le ultime indagini, come il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) e Euclid, secondo una mia stima molto approssimativa, abbiamo fotografato circa 100 milioni di galassie dei circa 2000 miliardi che si stima esistano nell’intero universo osservabile.

La conclusione paradigmatica di Shamir si basa su 263 di esse.

A dire il vero, non è facile stimare la rotazione delle galassie e bisogna fare una certa selezione. Shamir ha sviluppato una tecnica che ha preso i dati di una survey galattica (JADES, Advanced Deep Extragalactic Survey) del JWST, selezionando una regione vicina al polo dell’asse di rotazione della Via Lattea, scegliendo le galassie a spirale che si trovavano di fronte al nostro punto di vista e filtrando quelle di cui non si poteva distinguere la direzione di rotazione.

Sfortunatamente, questo tipo di selezione estrema introduce molte opportunità di insinuare bias. Quando testiamo una nuova idea in cosmologia – e in generale in tutta la scienza – lavoriamo per rendere le nostre conclusioni le più solide possibili. Per esempio, se cambiassimo una qualsiasi delle fasi di filtraggio, dalla selezione della regione di indagine alla soglia per decidere se includere una galassia nell’analisi, i nostri risultati dovrebbero reggere o almeno mostrare una chiara tendenza in cui il segnale diventa più forte. Ma nell’articolo di Shamir non ci sono abbastanza informazioni su questi controlli metodologici per poter esprimere questo giudizio, il che mette in dubbio la validità delle conclusioni.

Questo non è il primo studio che affronta la questione dell’universo rotante. Altri, utilizzando campioni molto più ampi di galassie provenienti da diverse regioni dell’universo, non sono riusciti a rilevare nulla. E quando è emersa qualche prova, le ricerche successive hanno scoperto che si trattava di effetti di selezione causati dall’uomo, non di una nuova proprietà fondamentale dell’universo stesso.

La realtà di un universo rotante sarebbe divertente da esplorare perché avrebbe profonde implicazioni non solo per le rotazioni galattiche, ma anche per la formazione della struttura cosmica nel suo complesso (per non parlare dell’allettante possibilità di Gödel di viaggiare nel tempo).

Tuttavia, anche un cosmo rotante ha solo un debole legame con l’idea dell’universo all’interno di un buco nero. È vero che i buchi neri (e i buchi bianchi) ruotano, ma non è chiaro in che modo la rotazione si manifesterebbe su scala cosmologica, né tanto meno come si ripercuoterebbe fino a causare una leggera asimmetria nelle rotazioni delle galassie.

Anche se l’universo non è un buco nero gigante (o un buco bianco), ciò non significa che non si possano usare le loro somiglianze per esplorare questioni cosmologiche. Il famoso astrofisico Stephen Hawking ha studiato la stretta connessione tra gli orizzonti degli eventi dei buchi neri e gli orizzonti cosmologici e ciò che questo implica per la fisica fondamentale.

Non sembra probabile che viviamo all’interno di un universo in rotazione, tanto meno di un buco nero. Non possiamo escluderlo completamente, ma finora non ci sono prove convincenti. Tuttavia, queste idee sono utili per diversi motivi. Una di queste è che dovremmo sempre valutare le ipotesi che entrano nei nostri modelli. Nessuna teoria, per quanto potente e famosa, è al di sopra di ogni riesame. Dobbiamo continuamente mettere alla prova le nostre idee consolidate nel tempo con nuovi dati.

L’altra ragione per prendere sempre in considerazione queste idee è che non sappiamo mai quali sorprese possono esserci in serbo. La cosmologia moderna si trova di fronte a domande legittime che non trovano ancora risposta, come la natura della materia oscura e dell’energia oscura. Non sappiamo dove possano trovarsi le soluzioni. Certo, probabilmente non viviamo all’interno di un buco nero, ma forse la ricerca in quella direzione potrebbe darci un indizio sorprendente.

Solo per questi motivi, vale la pena di tenere in piedi queste idee, anche se non funzionano.
O almeno, questo è il mio punto di vista.

L’autore
Paul M. Sutter è visiting professor di fisica e astronomia al Barnard College della Columbia University, oltre che autore, consulente della NASA, conduttore televisivo e ambasciatore culturale degli Stati Uniti.