Miliardi di Miliardi di Buchi Neri nel Cosmo

19 Gen 2022 Miliardi di Miliardi di Buchi Neri nel Cosmo

Grazie a innovativi metodi computazionali e a ricerche multidisciplinari, un team di astrofisici della SISSA di Trieste ha stimato la popolazione di buchi neri di massa stellare, derivanti dall’esplosione in supernove di stelle massicce, nel corso della storia del cosmo. I risultati suggeriscono, inoltre, che nei buchi neri sia racchiusa circa l’un percento di tutta la materia ordinaria che compone l’Universo.

Nel primo studio di una serie, pubblicato su The Astrophysical Journal, Alex Sicilia della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste insieme con Andrea Lapi, Lumen Boco e altri collaboratori internazionali, hanno indagato sulla popolazione di buchi neri di massa stellare presenti nell’Universo. Scoprire quale sia il numero di questi oscuri oggetti, derivanti dalla morte esplosiva di stelle massicce, è una questione fondamentale nella moderna astrofisica. I risultati dello studio suggeriscono che circa l’1 percento della materia barionica ordinaria nel cosmo sia costituita da buchi neri stellari. Questo implica che il numero di tali buchi neri all’interno dell’Universo osservabile sia quantificabile in circa 40 miliardi di miliardi, un numero impressionante, equivalente a 4 seguito da 19 zeri! L’Universo osservabile è una sfera teorica, con al centro l’osservatore, il cui raggio è uguale alla massima distanza a cui possiamo arrivare ad osservare gli oggetti celesti ed è pari a 46 miliardi di anni luce.

“Questo importante risultato è dovuto a un approccio originale che combina il codice all’avanguardia SEVN, sviluppato dal ricercatore Mario Spera, riguardante l’evoluzione di stelle e sistemi binari, con deduzioni empiriche relative alle proprietà fisiche fondamentali delle galassie, come il tasso di formazione stellare, la quantità di massa in stelle e la metallicita del mezzo interstellare. Questi sono tutti elementi importanti per definire il numero e la massa dei buchi neri stellari”, commentano i ricercatori. Tenendo in conto tutte queste informazioni e grazie al nuovo metodo di calcolo, il team è riuscito a dedurre il numero di buchi neri stellari e la distribuzione della loro massa nel corso dell’intera storia del cosmo.

“Il carattere innovativo di questo studio è l’aver accoppiato modelli dettagliati dell’evoluzione di stelle e sistemi binari con descrizioni avanzate della formazione stellare e dell’arricchimento in metalli nelle singole galassie. È una delle prime metodologie ab inizio, e tra le più strutturate, relative alla massa e distribuzione dei buchi neri nella storia cosmica”, afferma Alex Sicilia. Ma la stima della popolazione di buchi neri non è l’unico risultato dello studio. In collaborazione con Ugo Di Carlo e Michela Mapelli dell’Università di Padova, il team ha indagato anche sui vari processi di formazione dei buchi neri di massa differente, ad esempio a partire da stelle isolate, sistemi binari o ammassi stellari. Secondo lo studio, i buchi neri stellari più massicci hanno origine principalmente a seguito di eventi dinamici all’interno degli ammassi stellari. È necessario ricorrere a questi eventi per spiegare la funzione di massa dei buchi neri in fusione, stimata dai rilevatori di onde gravitazionali LIGO/Virgo.

“Il nostro studio fornisce una teoria robusta sulla formazione di piccoli buchi neri come semi dei buchi neri massicci o persino supermassicci esistenti nell’Universo primordiale, e può costituire un punto d’inizio per investigare sull’origine dei buchi neri primordiali più pesanti, un argomento che affronteremo in un prossimo lavoro”, commenta Lumen Boco. “Questa ricerca è davvero multidisciplinare, in quanto riguarda aspetti e richiede esperienza di Astrofisica stellare, formazione ed evoluzione delle galassie, onde gravitazionali e astrofisica multi-messaggera. Come tale, richiede sforzi di collaborazione tra vari membri del gruppo di Astrofisica e Cosmologia della SISSA, oltre a una rete consistente di collaboratori esterni”, conclude Andrea Lapi.

Nell’immagine rappresentazione artistica di un disco di accrescimento attorno a un buco nero
Credit: NASA

https://www.eurekalert.org/news-releases/940381

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