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Instabilità dell'ergosfera. Un criterio per distinguere i buchi neri da altri oggetti rotanti.

In questa tesi si sono studiate le proprieta' che caratterizzano un buco nero, uno degli oggetti piu' misteriosi ed affascinanti della fisica attuale, ipotizzati per la prima volta come soluzioni della Relativita' Generale di A. Einstein. In particolare si sono studiate le condizioni sotto le quali un buco nero puo' essere osservato sperimentalmente (tramite misurazioni astrofisiche della sua massa e, eventualmente, della sua carica elettrica e momento angolare). Si e' sviluppato un metodo per distinguere un buco nero da altri oggetti compatti di interesse astrofisico come le gravastars, le stelle di bosoni, i wormholes e oggetti super-rotanti. Questi sistemi "simulano" alcune delle proprieta' peculiari di un buco nero e sono quasi indistinguibili da esso a livello osservativo. Tuttavia differiscono in maniera sostanziale per l'assenza di un orizzonte degli eventi. Questo, aggiunto all'esistenza di un'ergosfera (in caso di rotazione) rende questi oggetti altamente instabili. Si e' calcolata tale instabilita', che suggerisce come sia estremamente probabile che un oggetto compatto e rotante sia di fatto un buco nero.

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Capitolo 1 Introduzione Sono passati quasi cento anni da quando, nel 1916, Albert Einstein pubblico` [1] la sua teoria della gravitazione, ormai nota come Relativita` Generale (RG). Nonostante cio`, la RG rimane ancora oggi soggetto di ricerca attiva. Sono stati fatti innumerevoli studi a riguardo e, attualmente, si ha una conoscenza molto piu` profonda di tutto cio` che essa implica, ma che la RG sia tuttora argomento di studio, rimane un fatto di straordinaria importanza e ben spiega la portata di tale teoria. In questo contesto si inserisce lo studio dei buchi neri, particolari soluzioni previste dalle equazioni della RG, la cui origine risale a pochi mesi dopo la pubblicazione della teoria stessa, quando Karl Schwarzschild [2] scopr`ı una soluzione statica a simmetria sferica delle equazioni della RG nel vuoto. Tuttavia uno studio approfondito dei buchi neri e` cominciato dopo che venne superato lo scetticismo iniziale della comunita` scientifica. A partire dagli anni ’60 del secolo scorso, quando Roy Kerr [3] scopr`ı una soluzione di buco nero rotante, la conoscenza di questi oggetti aumento` notevolmente, grazie a numerosi lavori e ad importanti teoremi che vennero dimostrati. Nonostante gli enormi progressi teorici raggiunti, uno dei problemi fondamentali di questo campo e` la carenza di dati sperimentali e, attualmente, non si e` in grado di rispondere con certezza alla domanda se i buchi neri siano solo soluzioni molto particolari che non hanno attinenza con la realta` o se essi esistano effettivamente in natura. Una forte indicazione in questa direzione e` stata la scoperta di oggetti celesti estremamente compatti, le cui proprieta` sono incompatibili con le stelle di neutroni e sono invece perfettamente inquadrabili se si pensa a tali oggetti come buchi neri. Tuttavia allo stato attuale manca una verifica diretta della loro esistenza. Per questo motivo gli studi, sia teorici che sperimentali, indirizzati a fornire gli strumenti per poter rivelare un buco nero, sono di primaria importanza in fisica. Questo lavoro di tesi puo` essere diviso in due parti. Nella prima parte, di carattere piu` generale, verranno discusse le principali soluzioni analitiche che descrivono, rispettivamente, un buco 5

Laurea liv.II (specialistica)

Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Autore: Paolo Pani Contatta »

Composta da 141 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.