Che cosa esce da un buco nero?

[mgrau]

Ho una domanda da profano, che provo ad esporre, anche se sono abbastanza sicuro che che non ci sono risposte "da profano".
Si usa dire che da un buco nero non esce niente, nemmeno la luce. Ma esattamente, che cosa non esce? Un qualunque segnale?
Ma che cosa è un segnale? Perchè mi pare evidente che comunque un buco nero manifesta all'esterno la sua presenza. Questo non è un segnale?
E ancora: una carica elettrica entro un buco nero, produce un campo elettrostatico: questo si sente di fuori? Penserei di sì: dopo tutto, il campo GRAVITAZIONALE del buco nero si sente all'esterno, quindi perchè no uno elettrico? E le onde gravitazionali? Queste invece no? Cioè, il campo sì ma le onde no?
Non mi ci raccapezzo. Qualcuno ha qualche idea?

[Shackle]

Uno dei maggiori esperti mondiali di buchi neri , Jean Pierre Luminet , scrisse molti anni fa (credo nel 1987, ci fu quasi contemporaneamente l'esplosione della supernova 1987A , e l' autore ne fece cenno) un libro dal titolo " Les trous noirs" , che fu tradotto anche in italiano , e lo lessi avidamente. È in commercio ancora oggi , se ne parla in qualche sito di questi su Wikipedia.
Mi colpirono alcune righe del cap. 13 , intitolato " la macchina buco nero" . Dicono che Il bn è una macchina , e come tale , ma adattate alla bisogna , vanno applicate le leggi della termodinamica, che autore passa a esporre . Poi continua dicendo :
Il bn non è affatto un corpo passivo che nasconde gelosamente una massa destinata a rimanere per sempre inerte. Grazie alla carica elettrica e soprattutto al momento angolare, il bn è un sistema dinamico, capace di subire o di esercitare delle forze, di assorbire o di fornire energia, in breve di trasformarsi nel corso del tempo. [...]

Scansiono e pubblico qualche pagina, perchè non mi sento all'altezza di spiegare , in poche righe, fenomeni tanto complessi , anche se ho studiato abbastanza in dettaglio il bn di Sch. Ti consiglio di acquistare il libro, perchè merita, e non posso scansionarlo tutto
È vero che oggi se ne sa ancora di più , ma Luminet è uno che si aggiorna e tiene aggiornato il suo blog. Ecco le pagine, che forniscono qualche risposta alle tue domande :

Testo nascosto, fai click qui per vederlo

il meccanismo di Penrose è descritto anche in altri libri che parlano di bn .

In quanto alle onde gravitazionali , se hai seguito le cronache sai che quelle rilevate da Ligo e Virgo sono generate non da un buco nero, ma dalla collisione di due bn a distanza di qualche miliardo di a.l. ( non ricordo esattamente quanti ) dal sistema solare. MA è una dato facilmente reperibile .

Spero di esserti stato utile .

[mgrau]

Grazie @Shackle. Cercherò il libro e vedrò di capirci qualcosa....

[Shackle]

Non credo tu abbia problemi a capire . Nel frattempo ti do il link ad un articolo dello stesso Luminet , pubblicato su aRxiv. org nel 1998 :

https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9801252.pdf

[mainlinexile]

Ma anche profanamente, qualsiasi fenomeno ha origine da variazioni di densità temporanee del campo di fondo, le cui dinamiche di evoluzione sono determinate da poche proprietà.
Il campo è isotropo, lineare, solido e ultraelastico. Variazioni di tensione nella struttura (compressioni/dilatazioni, in sostanza anisotropie) costituiscono gli eventi, caratterizzati tipicamente da traslazione della compressione per effetto delle forze elastiche di ritorno che ne consentono la propagazione simmetrica.

L'evolversi della propagazione risulta subordinata dai valori di densità del mezzo.
Oltre le soglie di un determinato intervallo di tensione (raggio in cui g>c) si manifestano anomalie di evoluzione geometrica.
Da rottura di simmetria si costituisce la carica, che si caratterizza per rimanere spontaneamente localizzata entro un volume: Un fronte d'onda che permanentemente ricade sul proprio ammasso di perturbazione.

Il rilevamento degli adroni è possibile misurando valori di maggior tensione di campo nello spazio circostante, come per i buchi neri. Questo è un segno della presenza, ma non credo possa definirsi un segnale essendo statico, almeno per convenzione.
All'interno di tale raggio, la tensione di campo è estrema e l'elasticità del mezzo compromessa. Un'interruzione del passaggio per un segnale.

Qualcuno diceva alcuni secoli fa, che lo spazio è un'estensione della materia, ma forse sarebbe più corretto dire che la materia è una condensazione dello spazio.

[Shackle]

Ma anche profanamente....

Siamo tutti abbastanza profani in certi argomenti, a meno che uno non si decida ad affrontare il toro per le corna, prenda un bel libro, non troppo difficile, di relatività generale (ce ne sono a bizzeffe, anche in forma di dispense sul web), e con passione, calma ed umiltà si metta di buzzo buono a studiare la materia, a cominciare dal calcolo tensoriale, passando (ma senza bisogno di approfondire molto) attraverso le varietà differenziabili, le trasformazioni di coordinate, i coefficienti di connessione, la derivazione covariante, il trasporto parallelo secondo Levi-Civita, l'elemento lineare, la metrica, le geodetiche, la curvatura...fino ad arrivare al tensore di Riemann , alle sue contrazioni ( essenzialmente il tensore di Ricci) , alle equazioni di campo di Einstein, e (almeno!) alla soluzione di Schwarzschild , che è una soluzione a simmetria sferica, statica, per la geometria dello spaziotempo curvo al di fuori di una superficie sferica di raggio $r$, dove non c'è materia/energia e quindi il tensore di Ricci è nullo :

$R_(munu) =0 $

LA soluzione di Schwarzschild da' il $ds^2 = (cd\tau)^2$ in questo ST esterno alla sfera di raggio $r$. Non necessariamente il raggio di questo sfera è il raggio di Schwarzschild, cioè il raggio dell'orizzonte degli eventi (vedi dopo), anzi la metrica di Schwarzschild è utile anche all'esterno di un corpo celeste il cui raggio sia maggiore di $r_(Sch)$ , come ad es nello ST esterno al Sole, se si vuol trovare come questo è "deformato" dal Sole , e causa la deflessione dei raggi di luce provenienti da stelle lontane.
LA soluzione di Schwarzschild si trova naturalmente pure su Wikipedia , io preferisco la versione inglese "Schwarzschild solution" , o qualcosa di simile.

Senza stare a ricopiare formule , riassumo le caratteristiche principali di questo ST . Posto : $m = (GM)/c^2 $ , che prende il nome di "massa metrica" e non è altro che la massa $M$ racchiusa nella superficie sferica,¹espressa in unità di lunghezza( $m$ ha infatti le dimensioni di una lunghezza ), il raggio di Schwarzschild, che è il raggio dell' orizzonte degli eventi , è dato da:

$ r_(sch) = 2m = (2GM)/c^2$

Il $ds^2 = (cd\tau)^2 $ è, a meno di $c$ , il "tempo proprio" di un osservatore che viaggia in questo ST ; se non è soggetto a impulsi, e quindi è abbandonato all'azione del campo gravitazionale, che può variare da punto a punto, percorre una geodetica di questo spaziotempo, di cui $ds$ è elemento lineare . Al secondo membro ci sono le variabili $(t, r, theta, phi) $ ( o meglio, i loro differenziali) , che sono le coordinate di un osservatore molto lontano dalla superficie sferica detta, laddove le modifiche dello ST si possono considerare nulle, quindi lo ST si può supporre ancora "asintoticamente piatto" , come è piatto lo ST di Minkowski della relatività ristretta. LA metrica di Sch. è diagonale, i coefficienti della metrica si leggono direttamente dall'espressione del $ds^2$.
Rispetto all'osservatore lontano, il "tempo proprio" segnato da un orologio che si avvicina all'orizzonte degli eventi appare rallentare , fino a fermarsi su questo orizzonte. Lo spazio invece si distorce, si "allunga" in direzione radiale, sicché la coordinata $r$ non è uguale alla distanza dal centro ! Ecco in dettaglio quello che succede :

Testo nascosto, fai click qui per vederlo

Ci sono altre caratteristiche del bn di Schwarzschild , che riguardano il moto di particelle, sia materiali che aventi massa nulla (fotoni), e si studiano a partire dalla metrica detta , scrivendo la lagrangiana e procedendo con le 4 equazioni delle geodetiche che se ne ricavano. Esse si riducono a tre , che traducono in formule , essenzialmente :

-La conservazione dell'energia
-la conservazione del momento angolare
-la conservazione della 4-velocità

Per esempio, è interessante studiare come si comportano le particelle ( sia dotate di massa che senza massa , cioè fotoni) che si muovono su geodetiche radiali ovvero su orbite circolari attorno al bn . Ma non insisto su questo , i procedimenti non sono affatto semplici . Metto dei link per chi fosse interessato a ulteriori informazioni :

https://arxiv.org/abs/0805.2082
https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9801252.pdf

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Note

1. bisogna fare molta attenzione, però, quando si parla di massa di un buco nero, e cioè quando il corpo celeste di data massa è collassato al suo bn. Il bn è in sostanza costituito di spazio e tempo fortemente incurvati, ma vuoti di materia! Tutta la materia che il bn inghiotte, finisce per essere condensata nella singolarità centrale, a $r=0$. Perciò il bn conserva la sua massa , ma questa è concentrata in un volume nullo, e la densità diventa infinita : in corrispondenza della singolarità centrale, le equazioni della RG vengono meno, non sono utili. "Un buco nero non ha peli”, diceva Wheeler, volendo significare che tutta la materia precipitata nel bn perde la propria individualità, rimane solo questo parametro "massa" , che qui non è sinonimo di materia. ↑