Giganteschi buchi neri presenti già all’alba dei tempi: materia oscura ha avuto un ruolo?

Negli ultimi anni qualcosa di sorprendente è stato scoperto in relazione ai buchi neri. Gli astronomi stanno trovando sempre più prove riguardo al fatto che i buchi neri supermassicci, quelli di dimensioni che possono equivalere a milioni se non miliardi di volte la massa del nostro sole, in realtà esistono da moltissimo tempo, finanche dalle primissime fasi dell’universo, quando quest’ultimo aveva meno del 10% dell’età attuale.

Come si sono formati così presto?

Questo collide con le teorie che abbiamo usato fino a pochissimo tempo fa, o anche fino ad oggi, riguardo alla formazione dei buchi neri. Secondo queste teorie sostanzialmente non c’è stato tempo affinché buchi neri così grandi e così massicci si potessero formare, un tempo equivalente a poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
Secondo un nuovo studio, ripreso tra gli altri anche da ScienceAlert, a giocare un ruolo fondamentale sarebbe stata, ancora una volta, l’enigmatica materia oscura.
Secondo Hai-Bo Yu, professore associato di astronomia e fisica all’Università della California a Riverside, lo scienziato che ha condotto lo studio, le ragioni per le quali i buchi neri supermassicci, quelli giganteschi e “pesantissimi”, possano aver avuto il tempo di formarsi così presto possono essere due.

Materia oscura deve aver avuto un ruolo importante

Una risiede nel fatto che il “seme” che innesca la formazione di un buco nero supermassiccio è in realtà più massiccio di quanto credevamo. Oppure cresce molto più velocemente di quanto abbiamo mai calcolato. Oppure entrambe le cose. A questo punto però sorge un’altra domanda che apre sostanzialmente un enigma simile: come fanno questi buchi neri ad acquisire una velocità di crescita così grande?
Il sospetto che la materia oscura centri è forte perché si tratta di qualcosa che interagisce con la materia che possiamo vedere solo tramite l’attrazione gravitazionale e proprio l’attrazione gravitazionale è quel fenomeno che permette ad un buco nero di crescere praticamente in maniera indefinita.

Teoria della formazione di buchi neri attuale non sufficiente a spiegare

Teoria della formazione di buchi neri attuale non sufficiente a spiegare
Tra l’altro la stessa materia oscura, come stiamo scoprendo in questi anni, ha un ruolo di primo piano nell’universo: fa ruotare le galassie e le tiene insieme e quindi è anche grazie alla materia oscura che esistiamo su una piccola roccia vagante che ruota intorno ad una stella.
Uno dei modelli teorici sviluppati dai ricercatori riguarda la formazione di buchi neri supermassicci risiede nel collasso diretto di una densissima nube di gas. Ma questo modello da solo non può produrre un “seme” così massiccio da far crescere un buco nero supermassiccio in poche centinaia di milioni di anni. Semplicemente, come spiega Yu, non è caratterizzato da un tasso di crescita velocissimo, quello di cui c’è bisogno per spiegare la presenza di buchi neri supermassicci nell’universo primordiale.

Complessa interazione tra materia oscura e materia barionica

Secondo il ricercatore allora forse è la spiegazione sta proprio nella materia oscura: un alone di questa materia “auto-interagente” può, ad un certo punto, sperimentare un livello di instabilità graviotermica così grande da far collassare la regione centrale e quindi da innescare la formazione del buco nero. La forte attrazione verso l’interno contrasterebbe con la naturale spinta verso l’esterno operata dal calore dalla pressione. Mentre la materia oscura non auto-interagente si accumula nella regione centrale dell’alone accelerando con l’aumento della gravità, una parte di materia oscura, quella auto-interagente, sarebbe in qualche modo in grado di trasferire energia ad altre particelle.
Si creerebbe un attrito nel fluido della materia oscura rotante che farebbe rallentare le particelle e ridurrebbe il momento angolare provocando restringimento della luna centrale. In sostanza, alla fine, tutto collasserebbe su sé stesso in maniera molto violenta e veloce formando il “seme” di un buco nero supermassiccio. Da quel punto in poi, il “seme” acquisirebbe sempre più materia barionica (quella che possiamo osservare) e, proprio grazie al “seme” fatto di materia oscura, potrebbe acquisire quella velocità di più avrebbe bisogno per formarsi in tempi così rapidi.

Necessarie nuove e più accurate misurazioni

Per convalidare un modello teorico del genere ci vorrebbero misurazioni di strumenti molto più sensibili di quelli di cui disponiamo oggi, strumenti che dovrebbero poter scandagliare l’universo primordiale sotto varie lunghezze della luce, una cosa che al momento è ancora molto difficile con i telescopi di cui disponiamo.

Note e approfondimenti

  1. How a supermassive black hole originates | News (IA)
  2. Semina buchi neri supermassicci con materia oscura auto-interagente: uno scenario unificato con i barioni – IOPscience (IA) (DOI: 10.3847/2041-8213/ac04b0)

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