La radiazione di Hawking descrive le particelle ipotetiche formate dal confine di un buco nero. Questa radiazione implica che i buchi neri hanno temperature che sono inversamente proporzionali alla loro massa.

In altre parole, più piccolo è un buco nero, più caldo dovrebbe brillare.

Anche se non è mai stata osservata direttamente, la radiazione di Hawking è una previsione supportata da modelli combinati di relatività generale e meccanica quantistica. Prende il nome dall’eminente fisico Stephen Hawking, che, nel 1974, ha pubblicato un articolo intitolato Black hole explosions? sostenendo la loro esistenza.

Se dimostrato che è reale, la radiazione di Hawking significherebbe che i buchi neri possono emettere energia e quindi ridursi di dimensioni, con i più piccoli di questi oggetti follemente densi che esplodono rapidamente in un soffio di calore (e i più grandi che evaporano lentamente in trilioni di anni in una brezza fredda).

Perché i buchi neri dovrebbero brillare?

Ogni volta che la materia entra in un buco nero, viene effettivamente bloccata lontano dal resto dell’Universo. Questo rimuove anche una misura di disordine; una caratteristica che i fisici chiamano entropia.

Siccome questa rimozione di materia lascia l’Universo meno disordinato, si pensava di infrangere la seconda legge della termodinamica.

Uno studente di fisica di Princeston negli Stati Uniti di nome Jacob Bekenstein fece notare che il confine che circonda lo spazio più colpito dalla folle gravità di un buco nero – una “superficie” chiamata orizzonte degli eventi – dovrebbe aumentare di area ogni volta che la materia vi cade dentro.

Ha mostrato come quest’area rappresenti la misura dell’entropia che altrimenti andrebbe persa, un suggerimento che dovrebbe risolvere il paradosso.

Hawking non era così sicuro. L’entropia è un altro modo di descrivere l’energia termica, che necessariamente emette radiazioni. Se un orizzonte degli eventi ha entropia, dovrebbe brillare in qualche modo, il che significa che i buchi neri non sarebbero poi così neri.

Nei suoi sforzi per confutare il suggerimento apparentemente assurdo di Bekenstein, Hawking ne discusse con altri fisici e tentò di dimostrare con modelli matematici che non era possibile.

Ha invece scoperto che i buchi neri sembrano davvero brillare di luce fredda.

Come fanno i buchi neri a produrre la radiazione di Hawking?

Il processo fisico alla base dell’emissione di particelle in prossimità dell’orizzonte degli eventi di un buco nero è piuttosto complesso, e si basa su una solida comprensione della matematica della teoria quantistica dei campi.

E’ comunemente descritto come il risultato di due particelle “virtuali” che emergono naturalmente dal vuoto, separate dalla gravità. Di solito si ricombinano e si annullano, ma in questo caso la divisione lascia una metà di ogni coppia per sfuggire come radiazione reale.

In effetti, la spiegazione popolare della matematica di Hawking descrive particelle virtuali fugaci colpite da gravità estrema, con una metà della coppia che rimuove la massa dal buco nero grazie alla gravità estrema che fornisce alla particella energia negativa.

Altri fisici ritengono che questa descrizione “localizzata” di particelle che si dividono su una linea immaginaria sia un po’ fuorviante.

Anche se avremmo bisogno di una teoria completa del ruolo della gravità nella meccanica quantistica per mappare correttamente questa interazione, le conclusioni di Hawking mostrano come lo spazio curvo possa sconvolgere il mix di proprietà quantistiche nei campi vicino a un orizzonte degli eventi, al punto che i buchi neri “disperdono” alcune caratteristiche lasciandone intatte altre. Sono queste proprietà intatte che assomigliano a specifiche temperature di radiazione, e possono causare il restringimento di un buco nero.