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Sebbene gli scienziati sappiano che c'è un buco nero supermassiccio al centro della maggior parte delle galassie, non possono spiegare come si sono formati i giganti gravitazionali. Ma i fisici Hooman Davoudiasl, Peter Denton e Julia Gehrlein del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) a New York hanno determinato una teoria plausibile: una "transizione di fase cosmologica" della materia oscura ultraleggera.
Secondo il modello del team, i buchi neri supermassicci potrebbero essersi formati mentre l'universo si stava raffreddando dal suo stato caldo e denso, prima della formazione delle galassie. "Quando la temperatura dell'universo è giusta, la pressione può improvvisamente scendere a un livello molto basso, permettendo alla gravità di prendere il sopravvento e alla materia di collassare", ha spiegato Denton in una nota.
Ma le particelle conosciute non formerebbero in quelle condizioni buchi neri supermassicci. Quindi i ricercatori hanno ipotizzato che una forma di materia ancora non osservata, la materia oscura ultraleggera, che sarebbe 28 volte più leggera di un protone nel cuore di un atomo, potrebbe essere la chiave del processo.
"La frequenza delle interazioni tra particelle conosciute suggerisce che la materia, come la conosciamo, non sarebbe collassata nei buchi neri in modo molto efficiente", ha affermato Denton. "Ma, se ci fosse stato un settore oscuro con materia oscura ultraleggera, l'universo primordiale avrebbe potuto avere le giuste condizioni per una forma molto efficiente di collasso".
Quel collasso della materia oscura ultraleggera sarebbe una transizione di fase simile all'acqua bollente che si trasforma in vapore, ma sulla scala dell'universo e sarebbe abbastanza drammatico da spiegare come i buchi neri supermassicci siano diventati così rapidamente tanto massicci. La maggior parte dei buchi neri si forma quando una stella collassa, quindi raccoglie massa nel tempo attirando materia che cade nel buco nero o scontrandosi con altri buchi neri.
Ma i buchi neri supermassicci, che hanno milioni o miliardi di volte più massa dei buchi neri normali, sono troppo grandi per essersi formati a questo modo, dal momento che gli scienziati ritengono che i colossi si siano formati molto presto nella storia del nostro universo, il che non darebbe loro abbastanza tempo per acquisire così tanta massa. Ma il modello del team di Brookhaven di un collasso della materia oscura ultraleggera fornisce una potenziale spiegazione e un segnale da cercare.
"Questi crolli sono un grosso problema. Emettono onde gravitazionali", ha affermato Denton. "Quelle onde hanno una forma caratteristica". La tecnologia attuale non è abbastanza sensibile per rilevare quel segnale, ma fino ad allora, ha detto, i ricercatori continueranno a perfezionare il loro modello.