Studiare i buchi neri per ‘pesare’ i fotoni

Un gruppo internazionale di ricercatori provenienti dall’Italia, dal Portogallo e dal Giappone, hanno pubblicato i risultati relativi alla determinazione del miglior limite sulla massa del fotone analizzando una serie di processi fisici che avvengono nei buchi neri supermassicci.

Nell’articolo i ricercatori spiegano il modo con cui hanno condotto le osservazioni al fine di verificare un aspetto fondamentale del modello standard, e cioè il fatto che il fotone non abbia massa, utilizzando una tecnica decisamente migliore rispetto a quanto non sia stato realizzato in precedenza. “Il test funziona così: se i fotoni avessero massa, essi potrebbero causare una instabilità tale da rallentare il moto di rotazione di tutti i buchi neri nell’Universo” spiega Emanuele Berti dell’University of Mississippi. “Ma gli astronomi ci dicono che i buchi neri supermassicci che risiedono nei nuclei galattici attivi stanno ruotando perciò questa instabilità non risulta troppo efficiente. Dunque la massa del fotone, se effettivamente ha una massa, deve essere molto piccola”. Tuttavia, i cosiddetti fotoni ultraleggeri che hanno una massa diversa da zero potrebbero produrre un effetto chiamato “bomba di buco nero”: in questo caso si avrebbe una forte instabilità da estrarre una certa quantità di energia e rallentare la rotazione del buco nero molto rapidamente. “L’esistenza di queste particelle è legata all’osservazione dei buchi neri rotanti. Con questa tecnica, siamo stati in grado di introdurre dei limiti alla massa del fotone senza precedenti: in altre parole, la massa del fotone deve essere cento miliardi di miliardi di volte più piccola dell’attuale valore della massa del neutrino, che è di circa 2 elettronVolt” dichiara Paolo Pani. I risultati di questo studio serviranno per investigare l’esistenza di nuove particelle, come quelle che dovrebbero contribuire a formare la materia scura. Insomma, lo studio dei buchi neri può fornire agli scienziati nuovi indizi che non possono essere ottenuti dagli esperimenti di laboratorio perciò queste nuove frontiere dell’astrofisica moderna ci permetteranno di avere una migliore comprensione dei processi fisici che riguardano il mondo infinitamente piccolo.   

ArXiv1: Black-Hole Bombs and Photon-Mass Bounds

ArXiv2: Perturbations of slowly rotating black holes: massive vector fields in the Kerr metric