Uno dei misteri più profondi della cosmologia moderna riguarda la natura dell'energia oscura, la componente che costituisce circa il 68% dell'intero universo e che ne sta guidando l'espansione accelerata. Nonostante decenni di ricerca, la sua origine rimane del tutto ignota. Ora un gruppo crescente di cosmologi propone un'ipotesi tanto audace quanto, sorprendentemente, radicata nella fisica consolidata: che siano i buchi neri, attraverso un meccanismo di accoppiamento cosmologico, i principali responsabili di questa forza che spinge lo spazio-tempo a espandersi sempre più velocemente.
L'idea centrale, sviluppata negli ultimi anni da Kevin Croker dell'Arizona State University, Gregory Tarlé dell'Università del Michigan e dai loro collaboratori, si basa su una reinterpretazione di ciò che avviene all'interno di un buco nero. Al centro di ogni buco nero si trova quella che la fisica descrive come una singolarità gravitazionale, un punto di densità infinita in cui le equazioni della relatività generale smettono di funzionare. La maggioranza dei fisici teorici concorda sul fatto che la singolarità non possa essere reale e che rappresenti un limite della nostra comprensione attuale. "Nessuno crede davvero in una singolarità", afferma Tarlé. Secondo questa ipotesi, ciò che impedisce alla singolarità di formarsi sarebbe la conversione della materia in collasso in una forma di energia oscura.
Il processo sarebbe, in qualche modo, l'inversione di ciò che accadde nei primissimi istanti dopo il Big Bang: allora, un caldo plasma di radiazione si condensò in materia; all'interno di questi buchi neri cosmologicamente accoppiati, il percorso sarebbe inverso. Massimiliano Rinaldi, fisico e cosmologo dell'Università di Trento, sottolinea che i meccanismi microscopici di questa conversione rimangono oscuri: "Se cerchi di capire come una singola particella di polvere possa trasformarsi in radiazione, non lo sappiamo. Ma assumiamo che possa accadere — questa conversione non è così assurda come sembra." Crucialmente, tale trasformazione non altererebbe la forza gravitazionale del buco nero, che dipende dalla densità di energia complessiva e non dalla natura specifica della materia.
L'effetto di un singolo buco nero sarebbe trascurabile. Ma l'universo osservabile ne contiene miliardi, distribuiti in ogni galassia. Croker propone un'analogia efficace: un pallone riempito di tanti palloncini più piccoli — se i palloncini interni vengono gonfiati, il pallone esterno è costretto ad espandersi. Se tutti i buchi neri dell'universo trasformassero continuamente la materia in energia oscura, l'effetto collettivo potrebbe essere sufficiente a spiegare l'accelerazione cosmica che osserviamo. "L'idea era 'quello che succede a Las Vegas, rimane a Las Vegas', ma non è così", dice Croker. "Non è solo uno di loro, sono moltissimi e sono ovunque. È un effetto aggregato."
La prima evidenza osservativa a supporto di questa ipotesi è emersa nel 2023, quando Croker, Tarlé e colleghi hanno pubblicato un'analisi che mostrava come i buchi neri supermassicci in galassie ellittiche stessero crescendo a velocità inaspettatamente elevate, persino quelli che Croker definisce "massimamente noiosi" e che non dovrebbero crescere quasi per nulla. Il tasso di crescita osservato seguiva la stessa traiettoria dell'espansione cosmica, come se questi oggetti fossero effettivamente legati al destino dell'universo su grande scala. "È stata la prima volta che abbiamo visto qualcosa di significativo che ci diceva che, una volta formati, i buchi neri creano questa energia oscura, e che tale energia cresce man mano che l'universo si espande", ha dichiarato Tarlé.
Il secondo indizio proviene dallo strumento DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), situato in Arizona, che sta mappando con precisione le posizioni di milioni di galassie per ricostruire la storia dell'espansione cosmica. I risultati preliminari rilasciati nell'arco degli ultimi due anni hanno suggerito che l'energia oscura potrebbe star diminuendo nel tempo, un dato potenzialmente dirompente perché il modello cosmologico standard prevede che essa sia costante. "Vedendo quei dati per la prima volta, ci si apriva la bocca dallo stupore", ricorda Tarlé. "Era molto chiaro che l'energia oscura stava cambiando nel tempo." Se l'energia oscura deriva dall'accoppiamento cosmologico dei buchi neri, questo indebolimento trova una spiegazione naturale: la formazione di nuovi buchi neri segue la curva della formazione stellare, che ha raggiunto il suo picco circa 10 miliardi di anni fa ed è in costante declino da allora.
Lo stesso schema aiuterebbe anche a mitigare la cosiddetta tensione di Hubble, la discrepanza tra i due principali metodi di calcolo della velocità di espansione dell'universo — uno basato su misurazioni di oggetti cosmici relativamente vicini, l'altro derivato dall'estrapolazione del modello standard a partire dalla radiazione cosmica di fondo. Includere i buchi neri cosmologicamente accoppiati nel modello non risolverebbe completamente il problema, ma fornirebbe una spiegazione fisica per cui le due metodologie campionano epoche cosmiche con tassi di espansione differenti, attenuando significativamente la contraddizione.
Il terzo elemento del cosiddetto "sgabello a tre gambe" di prove riguarda la fisica delle particelle. Analizzando il bilancio di massa dell'universo con i nuovi dati DESI, emerge un paradosso: i neutrini, particelle leggerissime ma non prive di massa che interagiscono così raramente con la materia ordinaria da essere talvolta chiamate "particelle fantasma", sembrano richiedere una massa negativa per far quadrare i conti cosmologici — una condizione fisicamente impossibile. L'ipotesi dei buchi neri cosmologicamente accoppiati risolve elegantemente anche questo nodo: convertendo materia ordinaria in energia oscura, essi liberano spazio nel bilancio di massa in misura tale da consentire ai neutrini di avere una massa positiva, compatibile con le misurazioni sperimentali dirette.
Permangono tuttavia ostacoli teorici significativi. Come sottolinea Rinaldi, "il problema è che non abbiamo una soluzione matematicamente precisa che descriva questi oggetti — abbiamo solo una media." Senza soluzioni esatte alle equazioni della relatività generale per i buchi neri cosmologicamente accoppiati, è impossibile verificare se, ad esempio, il loro comportamento durante le fusioni sia compatibile con le osservazioni delle onde gravitazionali rilevate da LIGO e Virgo. "Le equazioni sono orribili", ammette Rinaldi, "ma potrebbe esserci una svolta — è solo questione di tempo." Un elemento che gioca a favore dell'ipotesi è la sua parsimonia teorica: a differenza di molte proposte alternative per spiegare la tensione di Hubble e l'indebolimento dell'energia oscura, essa non richiede fisica esotica oltre la relatività generale.
La traiettoria sociologica di questa ricerca è anch'essa significativa. Se i primi lavori erano opera di piccoli gruppi con pochi collaboratori, l'ultimo articolo sulla massa dei neutrini conta 50 coautori, segnale che la comunità scientifica sta prendendo sul serio l'ipotesi. Niayesh Afshordi, cosmologo dell'Università di Waterloo in Canada, usa la metafora di un'indagine poliziesca: "C'è un sospettato ovvio che si sta comportando in modo molto sospetto e c'è un crimine evidente." Con tre indizi che puntano nella stessa direzione, sempre più ricercatori stanno affilando gli strumenti d'indagine.
Le prossime fasi della ricerca dipenderanno da un duplice progresso: da un lato, la costruzione di modelli matematici più precisi che descrivano il comportamento interno di questi oggetti; dall'altro, l'arrivo di nuovi dati osservativi. DESI è ancora in piena operatività e diversi altri grandi survey cosmologici sono in corso. La domanda su cosa stia davvero spingendo l'universo ad accelerare rimane aperta, ma per la prima volta in anni i buchi neri si trovano al centro del dibattito — non come oggetti che inghiottono il cosmo, ma forse come quelli che lo gonfiano.
