PLANCK STAR - Una ipotesi da investigare sperimentalmente

Non occorre essere un astrofisico per rimanere affascinati dall'ipotesi di una Planck Star leggendo le divulgative  "Sette brevi lezioni di fisica" di Carlo Rovelli (edizioni Adelphi) e poi il suo paper specifico sull’argomento, insieme a Francesca Vidotto,  ( vedi : arXiv:1401.6562v4  [gr-qc]  8 Feb 2014 reperibile al link https://arxiv.org/abs/1401.6562).

Per introdurre il concetto di Planck Star si riporta qui di seguito la traduzione del sommario del paper citato, presente su arxiv.

Sommario 

Una stella che collassa gravitazionalmente può raggiungere un ulteriore stadio della sua vita, in cui la pressione quantistica-gravitazionale contrasta il peso. La durata di questa fase è molto breve nel tempo esatto della stella, producendo un rimbalzo, ma estremamente lunga vista dall'esterno, a causa dell'enorme dilatazione gravitazionale del tempo. Poiché l'inizio degli effetti quantistici-gravitazionali è governato dalla densità di energia, non dalla dimensione, in questa fase la stella può essere molto più grande del (l'oggetto) planckiano. L'oggetto che emerge alla fine dell'evaporazione di Hawking di un buco nero può quindi essere più grande del(l'oggetto) planckiano di un fattore (m / mP)^n, dove m è la massa caduta nel buco, mP è la massa di Planck e n è positivo . Consideriamo argomenti per n = 1/3 e per n = 1. Non vi è alcuna violazione della causalità o propagazione più rapida della luce. L'esistenza di questi oggetti allevia il paradosso delle informazioni (perdute) in un buco nero. Ancora più interessante, questi oggetti potrebbero avere un interesse astrofisico e cosmologico: producono un segnale rilevabile, di origine gravitazionale quantistica, intorno alla lunghezza d'onda di 10-14 cm.

Difronte ad una formulazione di questo genere che dà indicazioni per la verifica sperimentale, si dovrebbe scatenare la caccia alla Planck Star (e forse si è già scatenata) alla ricerca di quella frequenza indicata da Rovelli e Vidotto.

Alcuni Interrogativi

Nel collasso di oggetti supermassivi gli effetti di marea "sbriciolano" letteralmente la materia che "cade " su di essi prima di essere incorporata . Ma quella materia è dotata anche di energia cinetica dovuta a forti accelerazioni che può essere dissipata ( per es. attraverso effetti radiativi, o per urti, variazioni di momento angolare, etc.), ma non può andare "perduta" e deve figurare in un eventuale bilancio energetico che confronti l'energia totale prima e dopo il collasso. Nella fattispecie, invece, si parla solo di densità di energia e di un "rimbalzo".

Sebbene l'ipotesi principale formulata nel paper sia che una stella così compressa non soddisferebbe più le equazioni classiche di Einstein, anche se enorme rispetto alla scala di Planck, ci si chiede, se l’energia "cinetica" di masse collassanti in una Planck Star in formazione (masse che altrove hanno dato prova di originare, con il loro moto e quindi con le loro accelerazioni, onde gravitazionali) non dovrebbero contribuire a determinare l’entità delle forze complessive (quantistiche e non, se ve ne sono!) necessarie a controbilanciare il collasso, superarlo e permettere il rimbalzo dal crunch al bang; ossia passando dalla fase di contrazione ad una nuova fase di espansione esplosiva. Questa energia ("cinetica" o "altra"), nel paper, sembra ignorata senza che ne siano esplicitate le ragioni (forse evidenti e date per scontate dagli addetti ai lavori, ma non evidenti per i neofiti che si dilettano con queste discipline!).  In caso affermativo, ossia nel caso in cui esse andrebbero considerate, si può parlare effettivamente di “rimbalzo” (che presuppone una “inversione” di senso del "moto" su un substrato elastico) oppure non sia più ragionevole pensare che il “rimbalzo” possa avvenire in una direzione qualsiasi dello spazio-tempo? In definitiva, ci si chiede se le densità di energia in gioco non siano di entità ancora superiori a quelle indicate e pertanto tali da rompere la stabilità di quel reticolo spazio-temporale che sembra esistere alla scala di Planck e letteralmente “forare” lo spazio-tempo sino a "rimbalzare" verso un nuovo universo, “creandolo”.

Possibility of a Planck Star

PLANCK STAR - A hypothesis to be experimentally investigated

One doesn't need to be an astrophysicist to be fascinated by the hypothesis of a Planck Star by reading the popular (in Italy) "Seven short physics lessons" by Carlo Rovelli (Adelphi editions) and then his specific paper on the subject, together with Francesca Vidotto, (see: arXiv: 1401.6562v4 [gr-qc] 8 Feb 2014 available at the link https://arxiv.org/abs/1401.6562 ).

The concept of Planck Star is summarized as follows in the cited paper, present on arxiv.

Summary

A star that collapses gravitationally can reach a further stage of its life, where quantum-gravitational pressure counteracts weight. The duration of this stage is very short in the star proper time, yielding a bounce, but extremely long seen from the outside, because of the huge gravitational time dilation. Since the onset of quantum-gravitational effects is governed by energy density ---not by size--- the star can be much larger than planckian in this phase. The object emerging at the end of the Hawking evaporation of a black hole can then be larger than planckian by a factor (m/mP)ⁿ, where m is the mass fallen into the hole, mP is the Planck mass, and n is positive. We consider arguments for n=1/3 and for n=1. There is no causality violation or faster-than-light propagation. The existence of these objects alleviates the black-hole information paradox. More interestingly, these objects could have astrophysical and cosmological interest: they produce a detectable signal, of quantum gravitational origin, around the 10⁻¹⁴cm wavelength.

In front of a formulation of this kind that gives indications for the experimental verification, the hunting of the Planck Star should be unleashed (and perhaps it has already been unleashed)  in search of that frequency indicated by Rovelli and Vidotto.

Opinions are welcome on

Some Questions

In the collapse of supermassive objects the tidal effects "literally crumble" the matter that "falls" on them before being incorporated. But that matter is also endowed with kinetic energy due to strong accelerations that can be dissipated (for example through radiative effects, or by shocks, changes in angular momentum, etc.), but cannot go "lost" and must appear in a possible energy balance that compares the total energy before and after the collapse. In this case, instead, we speak only of energy density and a "rebound".

Although the main hypothesis formulated in the paper is that such a compressed star would no longer satisfy Einstein's classical equations, even if enormous with respect to the Planck scale, one wonders if the "kinetic" energy of collapsing masses in a Planck Star in formation (masses that elsewhere have proven to originate, with their motion and therefore with their accelerations, gravitational waves) should not contribute to determining the amount of the overall forces (quantum and otherwise, if there are any!) counterbalance the collapse, overcome it and allow the rebound from the crunch to the bang; that is passing from the phase of contraction to a new phase of explosive expansion. This energy ("kinetic" or "other"), in the paper, seems to be ignored without explaining the reasons (perhaps evident and taken for granted by the experts, but not evident for the neophytes like me, who delight in these disciplines!). In the affirmative case, that is to say in the case in which they should be considered, one can actually speak of "rebound" (which presupposes a "reversal" of sense of "motion" on an elastic substrate) or it is no longer reasonable to think that the "rebound" can it take place in any direction of space-time? Ultimately, one wonders if the energy densities involved are not even greater than those indicated and therefore such as to break the stability of that space-time lattice that seems to exist at the Planck scale and literally "pierce" the space- time to "bounce" towards a new universe, "creating it"?

Many thanks for any consideration and comment that anybody will deem to give about my questions.