17 Dic 2021 Buchi Neri o Materia Oscura? È lo Stesso!
Secondo un nuovo studio i buchi neri sono esistiti fin dall’alba dell’Universo e la misteriosa, invisibile materia oscura è formata in realtà da questi buchi neri primordiali. Se questa teoria verrà confermata da future osservazioni, ad esempio utilizzando il telescopio James Webb della NASA, potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della natura e dell’origine di due misteri cosmici: la materia oscura e i buchi neri.
La materia oscura è una sostanza misteriosa che molti ritengono sia costituita da una qualche forma di particella esotica. Un’ipotesi alternativa interessante è che la materia oscura sia composta di buchi neri formatisi durante i primi istanti di esistenza del nostro Universo. Un team di astrofisici dell’University of Miami, della Yale University e dell’European Space Agency ha proposto un modello alternativo della formazione dell’Universo che conosciamo, suggerendo che tutti i buchi neri, dai più piccoli ai più massicci, si sono formati immediatamente dopo il Big Bang e rappresentano tutta la materia oscura.
I buchi neri primordiali sono ipotetici oggetti nati agli albori del cosmo. Alcune teorie propongono che questo tipo di buco nero si sia formato non dalla morte di una stella massiccia, ma in seguito al collasso diretto di gas primordiale o a processi associati con l’inflazione cosmica. “Il nostro studio ricostruisce l’aspetto dell’Universo primordiale nel caso in cui la materia oscura, invece che da ignote particelle, fosse stata composta da buchi neri nati durante il Big Bang, come Stephen Hawking suggerì negli anni ’70”, spiega Nico Cappelluti dell’University of Miami, primo autore dello studio in via di pubblicazione su The Astrophysical Journal.
“Questa teoria potrebbe avere varie implicazioni importanti. In primo luogo non avremmo bisogno di una ‘nuova fisica’ per spiegare la natura della materia oscura. Inoltre, potrebbe aiutarci a rispondere ad una delle questioni più interessanti della moderna astrofisica: come hanno fatto i buchi neri supermassicci dell’Universo primordiale a diventare così grandi e così rapidamente? Considerando i meccanismi che osserviamo nell’Universo attuale, non avrebbero avuto tempo a sufficienza per formarsi. La nostra teoria potrebbe anche risolvere il mistero di lunga data del perché la massa di una galassia sia sempre proporzionale alla massa del buco nero supermassiccio al suo centro”.
Si ritiene che la materia oscura, che non è mai stata osservata, costituisca gran parte della materia nell’Universo e che agisca come un’impalcatura su cui si formano e si sviluppano le galassie. D’altro canto, abbiamo osservato l’effetto dei buchi neri e della loro eccezionale stretta gravitazionale. Il nuovo studio suggerisce che buchi neri primordiali di ogni dimensione rendano conto di tutta la materia oscura nell’Universo. “I buchi neri di varie dimensioni sono ancora un mistero”, spiega Hasinger. “Non sappiamo come sia possibile che i buchi neri supermassicci siano diventati così enormi in un periodo di tempo relativamente breve a partire dalla nascita dell’Universo”.
Il modello si ispira alla teoria proposta per la prima volta da Hawking e da Bernard Carr, secondo la quale nelle prime frazioni di secondo dopo il Big Bang, minime fluttuazioni nella densità dell’Universo potrebbero aver creato un ambiente non uniforme, con regioni “grumose” dotate di massa aggiuntiva. Queste aree più dense potrebbero essere collassate in buchi neri. Secondo il team questa teoria potrebbe essere ancora valida con qualche piccola modifica. Il modello del team dimostra che le prime stelle e galassie potrebbero essersi formare attorno ai buchi neri nel giovane Universo. Inoltre, quei buchi neri potrebbero aver avuto la capacità di crescere per diventare buchi neri supermassicci, divorando gas o stelle nelle vicinanze, oppure fondendosi con altri buchi neri.
“I buchi neri primordiali, se esistono, possono essere i semi da cui si sono formati tutti i buchi neri supermassicci, incluso quello al centro della Via Lattea”, spiega Priyamvada Natarajan, professore di astronomia e fisica a Yale, tra gli autori dello studio. “Quello che trovo personalmente davvero entusiasmante in questa idea è il modo in cui unifica elegantemente i due problemi davvero spinosi di cui mi occupo: sondare la natura della materia oscura e la formazione e crescita dei buchi neri. La nostra idea li risolve entrambi in un sol colpo”.
L’ipotesi dei buchi neri primordiali potrebbe risolvere anche un altro mistero astrofisico: l’eccesso di radiazione nell’infrarosso, sincronizzata con radiazione X, che è stato rilevato da sorgenti deboli e distanti sparse nel cosmo. Nel 2005 un team di astronomi, utilizzando il telescopio spaziale Spitzer della NASA, ha individuato un’eccessiva variabilità nel fondo cosmico ad infrarossi (CIB) e ha concluso che è stata probabilmente causata dalla luce complessiva delle prime sorgenti che hanno illuminato l’Universo. Nel 2013 un altro studio ha confrontato il fondo cosmico a raggi X (CXB) rilevato dall’osservatorio Chandra della NASA con il CIB nella stessa zona di cielo. Le prime stelle hanno emesso principalmente luce ottica e ultravioletta, che oggi arriva nella banda infrarossa per l’espansione dello spazio, cosicchè non dovrebbero contribuire in modo significativo al CXB. Tuttavia la luminosità irregolare dei raggi X a bassa energia si allinea abbastanza bene alla variazione del CIB. L’unico oggetto che conosciamo che possa essere sufficientemente luminoso in questo ampio range di energia è un buco nero. Secondo gli autori dello studio, buchi neri primordiali attivi, in fase di crescita, potrebbero presentare esattamente la stessa caratteristica radiazione. L’esistenza di questi sfuggenti oggetti potrà essere confermata, o esclusa, nel prossimo futuro, grazie a telescopi di nuova generazione come il James Webb della NASA o l’interferometro spaziale LISA dell’ESA.
Nell’immagine rappresentazione artistica di un buco nero
Credit: CfA / M. Weiss
https://news.miami.edu/stories/2021/12/are-black-holes-and-dark-matter-the-same.html
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