LA RICERCA SU NATURE PHYSICS

Il buco nero attorciglia la luce

I buchi neri ruotanti fanno fare le "piroette" alla luce che li attraversa. A provare questa proprietà delle onde elettromagnetiche, chiamata vorticità, è uno studio internazionale guidato da Fabrizio Tamburini, dell'Università di Padova. Importanti le ricadute per la ricerca astrofisica e le telecomunicazioni.

La teoria e ora anche la pratica ci dicono che esiste: è la vorticità, un’ulteriore proprietà delle onde elettromagnetiche che può rivoluzionare l’astrofisica e il mondo delle telecomunicazioni. Un gruppo internazionale di astronomi, guidato da Fabrizio Tamburini, dell’Università di Padova, ha scoperto che i buchi neri ruotanti lasciano il segno sulla radiazione elettromagnetica che li attraversa: una “piroetta” rilevabile attraverso i più sensibili telescopi di oggi. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Physics.

Tutto parte dalle equazioni della relatività che descrivono gli effetti di un buco nero rotante sullo spazio tempo circostante. Nel ruotare, il buco nero trascina dietro di sé lo spazio ed il tempo mescolandoli in un vortice. Secondo i calcoli quando le onde elettromagnetiche, tra le quali è compresa anche la luce visibile, passano attraverso questa deformazione vorticosa dello spazio-tempo, subiscono una modifica: il vortice spazio-temporale imprime alle onde una sorta di torsione, una “vorticità”. Così la radiazione elettromagnetica che passa attraverso uno di questi vortici, senza superare la linea di confine oltre la quale nulla più sfugge all’attrazione del buco nero (il cosiddetto orizzonte degli eventi),acquisisce questa ulteriore proprietà che va ad aggiungersi a quelle già conosciute come la frequenza e la polarizzazione.  

Tutto questo è per ora il risultato di calcoli ma già adesso gli attuali telescopi, con opportuni strumenti olografici, potrebbero misurare il grado di vorticità di qualsiasi onda elettromagnetica.  Per Fabrizio Tamburini del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Padova, uno degli autori dello studio, le applicazioni sono innumerevoli. “Come illustrato nel nostro articolo, abbiamo trovato il legame tra le equazioni della relatività generale di un buco nero rotante e la produzione di vorticità della radiazione elettromagnetica. Si possono così aprire  nuove frontiere nello studio dei nuclei galattici attivi e della rotazione delle galassie”.

La vorticità di un’onda elettromagnetica  ci fornisce in pratica ulteriori informazioni sulla sorgente che l’ha indotta. Ma nello stesso tempo può essere sfruttata come ulteriore canale per trasmettere informazioni, ad esempio nel campo delle telecomunicazioni. “Stiamo costruendo delle antenne particolari che riescono a imprimere vorticità nelle onde radio”, spiega Tamburini, “quello che abbiamo in mente è di ottenere una trasmissione di tali onde su grande distanza nel mondo reale, non più in laboratorio. In questo modo potremo trasmettere più canali sulla stessa frequenza perché sfruttando i diversi gradi di vorticità di un’onda è come se avessimo diversi canali sui quale ricevere e trasmettere informazioni utilizzando solo quell’onda”.

Il lavoro svolto dal gruppo rivela anche un aspetto curioso: “Il nostro non è solo un lavoro teorico ma anche fisico. Ad esempio abbiamo modificato dei paraboloidi in acciaio piegandoli a martellate. Non è un lavoro tipico di un fisico teorico però è divertente avere delle idee, sviluppare equazioni e alla fine vedere i risultati prendere forma in modo concreto nelle proprie mani”.

Ascolta l’intervista completa a Fabrizio Tamburini