Spazio e Scienze

Materia oscura fatta di buchi neri primordiali?

Di che cos'è fatta la materia oscura, ossia quella sostanza sfuggente che compone la maggior parte dell'universo materiale? Alcuni astronomi stanno cominciando a pensare che possa essere fatta di buchi neri primordiali.right cib uma

Alexander Kashlinsky, astronomo del NASA Goddard Space Flight Center, ritiene che i buchi neri che si sono formati subito dopo il Big Bang potrebbero spiegare l'osservazione delle onde gravitazionali fatta dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) lo scorso anno, così come le precedenti osservazioni dell'universo neonato.

Se l'ipotesi di Kashlinsky fosse corretta, allora la materia oscura potrebbe essere composta da buchi neri primordiali, tutte le galassie potrebbero essere inserite all'interno di un vasto ambito di buchi neri, e l'universo primordiale potrebbe essersi evoluto in maniera diversa da quella che gli scienziati hanno creduto.

Nel 2005 Kashlinsky e i suoi colleghi utilizzarono il telescopio spaziale Spitzer della NASA per esplorare con gli infrarossi il bagliore sullo sfondo dell'universo. Dato che la luce emessa dagli oggetti cosmici impiega una quantità finita di tempo per viaggiare attraverso lo Spazio, gli astronomi vedono gli oggetti distanti com'erano in passato. Kashlinsky e il suo gruppo hanno voluto guardare verso l'universo primordiale.

"Supponiamo di guardare New York da lontano. Non si possono vedere singoli lampioni o edifici, ma si può vedere la luce diffusa complessiva che essi producono" ha spiegato Kashlinsky. L'idea era che una volta rimossa tutta la luce proveniente dalle galassie conosciute in tutto l'Universo, gli astronomi potessero ancora rilevare una luce in eccesso, che era il bagliore proveniente dalle prime fonti luminose dell'Universo, più di 13 miliardi di anni fa.

Nel 2013 Kashlinsky e i suoi colleghi si sono poi serviti del Chandra X-ray Observatory della NASA per esplorare il bagliore di fondo in una parte diversa dello spettro elettromagnetico: i raggi X. Con loro sorpresa, i modelli a infrarossi erano perfettamente abbinabili a quelli ottenuti con l'indagine a raggi X.

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"Le uniche fonti che sarebbero in grado di produrre questo risultato sia ai raggi X sia a infrarossi sono i buchi neri", ha detto Kashlinsky. "Non mi era passato per la testa in quel momento che potessero essere buchi neri primordiali", almeno fino a quando LIGO non ha rilevato direttamente per la prima volta delle onde gravitazionali prodotte da una coppia di buchi neri in collisione.

Simeon Bird, astronomo della Johns Hopkins University, a questo punto ipotizzò che i due buchi neri rilevati da LIGO potessero essere oggetti primordiali. I buchi neri in genere si originano dal collasso di una stella morta, mentre si stima che i buchi neri primordiali si siano formati subito dopo il Big Bang, quando le onde sonore irradiate in tutto l'Universo, incontrando zone più dense, sono collassate originando buchi neri.

Se questa idea vi torna difficile da digerire, immaginate di far ruotare velocemente la pasta della pizza.  Kashlinsky spiega che "dopo un po' si formeranno dei fori. Lo stesso avviene con lo spazio-tempo", salvo il fatto che quei fori sono buchi neri primordiali. Al momento si tratta di un'ipotesi, ma Kashlinsky fu colpito dall'idea di Bird, e volle condurre ulteriori indagini.

Ecco perché nel suo nuovo documento pubblicato alla fine del mese scorso sull'Astrophysical Journal Letters vaglia le conseguenze che questi buchi neri primordiali potrebbero avere avuto sull'evoluzione del cosmo.

La morale è che per i primi 500 milioni di anni di storia dell'Universo, la materia oscura sarebbe crollata in raggruppamenti chiamati aloni, che hanno fornito i semi gravitazionali utili poi a consentire alla materia di accumularsi e formare le prime stelle e galassie. Se la materia oscura fosse stata composta da buchi neri primordiali, questo processo avrebbe creato molti più aloni.

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Kashlinsky pensa che questo processo potrebbe spiegare quanto rilevato sia con gli infrarossi sia ai raggi X diversi anni fa. Il bagliore a infrarossi proverrebbe dalle prime stelle che si sono formate all'interno degli aloni. Sebbene le stelle irradino luce ottica e ultravioletta, l'espansione dell'Universo allunga naturalmente la luce, quindi le prime stelle che si sono formate potrebbero essere state visibili agli astronomi con la luce a infrarossi. Anche senza considerare gli aloni, le prime stelle potrebbero quindi generare una luce a infrarossi, ma non nella misura osservata da Kashlinsky e dai i suoi colleghi. 

Per ottenere quel risultato il gas che ha creato quelle stelle avrebbe anche dovuto cadere in buchi neri primordiali, riscaldandosi fino a temperature abbastanza elevate da scatenare dei raggi X. In sostanza lo sfondo cosmico a infrarossi potrebbe essere spiegato – seppure in misura minore – senza l'aggiunta di buchi neri primordiali, ma non lo sfondo cosmico a raggi X. L'unico anello di congiunzione fra le due osservazioni è la presenza di buchi neri primordiali.

Questo spiegherebbe anche l'osservazione di LIGO, perché non è inusuale secondo gli astronomi che i buchi neri primordiali si siano avvicinati talmente tanto fra loro da entrare in un'orbita a spirale originando un sistema binario, creando le onde gravitazionali rilevate da LIGO. Non resta che osservare altri buchi neri per sciogliere l'enigma!

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