Rappresentazione artistica di una galassia a spirale incorporata in una distribuzione più ampia di materia oscura invisibile, noto come alone di materia oscura (colorato in blu). Gli studi sulla formazione degli aloni di materia oscura hanno suggerito che ogni alone potrebbe ospitare un nucleo molto denso di materia oscura, che potrebbe potenzialmente imitare gli effetti di un buco nero centrale, o eventualmente crollare per formarne uno. Credito ESO/L. Calçada, CC BY 4.0
Un nuovo studio teorico ha proposto un nuovo meccanismo per la creazione di buchi neri supermassicci dalla materia oscura. Il team internazionale trova che, piuttosto che gli scenari di formazione convenzionali che coinvolgono la materia "normale", buchi neri supermassicci potrebbero invece formarsi direttamente dalla materia oscura nelle regioni ad alta densità nei centri delle galassie. Il risultato ha implicazioni chiave per la cosmologia nell'Universo primordiale, ed è pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
Il modo esatto in cui si sono formati inizialmente i buchi neri supermassicci è uno dei maggiori problemi nello studio dell'evoluzione delle galassie oggi. I buchi neri supermassicci sono stati osservati già 800 milioni di anni dopo il Big Bang, e come potrebbero crescere così rapidamente rimane inspiegabile.
I modelli di formazione standard coinvolgono la normale materia barionica:gli atomi e gli elementi che compongono le stelle, pianeti, e tutti gli oggetti visibili, che collassano sotto la gravità per formare buchi neri, che poi crescono nel tempo. Tuttavia il nuovo lavoro indaga la potenziale esistenza di nuclei galattici stabili fatti di materia oscura, e circondato da un alone di materia oscura diluita, scoprendo che i centri di queste strutture potrebbero diventare così concentrati da poter anche collassare in buchi neri supermassicci una volta raggiunta una soglia critica.
Secondo il modello ciò sarebbe potuto avvenire molto più rapidamente di altri meccanismi di formazione proposti, e avrebbe permesso la formazione di buchi neri supermassicci nell'Universo primordiale prima delle galassie in cui abitano, contrariamente alla comprensione corrente.
Carlos R. Argüelles, il ricercatore dell'Universidad Nacional de La Plata e dell'ICRANet che ha guidato l'indagine commenta:"Questo nuovo scenario di formazione può offrire una spiegazione naturale di come si siano formati i buchi neri supermassicci nell'Universo primordiale, senza richiedere una precedente formazione stellare o dover invocare buchi neri seme con tassi di accrescimento irrealistici".
Un'altra intrigante conseguenza del nuovo modello è che la massa critica per il collasso in un buco nero potrebbe non essere raggiunta per aloni di materia oscura più piccoli, per esempio quelli che circondano alcune galassie nane. Gli autori suggeriscono che questo potrebbe quindi lasciare galassie nane più piccole con un nucleo centrale di materia oscura piuttosto che il buco nero previsto. Un tale nucleo di materia oscura potrebbe ancora imitare le firme gravitazionali di un buco nero centrale convenzionale, mentre l'alone esterno di materia oscura potrebbe anche spiegare le curve di rotazione delle galassie osservate.
"Questo modello mostra come gli aloni di materia oscura potrebbero ospitare dense concentrazioni al loro centro, che può svolgere un ruolo cruciale nell'aiutare a comprendere la formazione di buchi neri supermassicci, " ha aggiunto Arguelles.
"Qui abbiamo dimostrato per la prima volta che tali distribuzioni di materia oscura core-alone possono effettivamente formarsi in un quadro cosmologico, e rimanere stabile per tutta la vita dell'Universo."
Gli autori sperano che ulteriori studi facciano più luce sulla formazione di buchi neri supermassicci nei primissimi giorni del nostro Universo, oltre a indagare se i centri di galassie non attive, compresa la nostra Via Lattea, possono ospitare questi densi nuclei di materia oscura.
