0478. Corpo nero e buchi neri

I buchi neri, considerati come oggetti a se stante, sono descritti dalle equazioni della relatività generale. Anche nel caso, interessante dal punto di vista teorico ma di scarso interesse astronomico, di buchi neri elettricamente carichi (buchi neri di Reissner - Nordström ), nel limite classico questi oggetti non emettono radiazione elettromagnetica poiché questa non può sfuggire al campo gravitazionale (da cui il nome buco nero).

Le cose divengono un po’ più complicate nel caso si considerino gli effetti della meccanica quantistica che, come mostrato per la prima volta da Steven Hawking, portano a predire una emissione termica del buco nero, non solo elettromagnetica ma per tutti i campi fondamentali, detta radiazione di Hawking. In accordo con la legge di Planck (quantizzazione dell’energia) l’energia di questa emissione deve decrescere ad alte frequenze per evitare appunto la catastrofe ultravioletta, cioè un'emissione di radiazione elettromagnetica con potenza infinita. E’ interessante che alcuni modelli di gravità quantistica possano essere esclusi proprio richiedendo che non producano una catastrofe ultravioletta della radiazione di Hawking.

A parte questi effetti più esotici, l’elettromagnetismo entra pesantemente in gioco nelle regioni attorno a molti buchi neri astronomici in presenza di materia che cade verso di essi. Questa materia, generalmente ionizzata, forma dei dischi di accrescimento che emettono radiazione termica molto energetica (è per mezzo di questa emissione che i buchi neri astronomici sono stati scoperti). In questo caso la quantizzazione dell’energia teorizzata da Planck è fondamentale per evitare la catastrofe ultravioletta e riprodurre lo spettro di corpo nero osservato da questi oggetti.