I buchi neri primordiali (PBH) hanno recentemente ricevuto molta attenzione nella comunità dei fisici. Uno dei motivi principali è il potenziale collegamento con la materia oscura. In effetti, se si potesse dimostrare l’esistenza dei PBH, ci sono ottime probabilità che siano ciò di cui è fatta la materia oscura, la cosa invisibile che costituisce l’85% della massa dell’universo. Se dimostrata, sarebbe sicuramente una scoperta di livello Nobel per l'astrofisica.
Ma per dimostrarlo, qualcuno deve prima trovarli. Finora i PBH esistono solo in teoria. Ma ci stiamo avvicinando a dimostrare che esistono e un nuovo articolo è stato pubblicato su arXiv Il server di prestampa di Marcos Flores della Sorbona e Alexander Kusenko dell'UCLA traccia alcune idee su come potremmo essere in grado di trovare finalmente i PBH e quindi dimostrare o confutare la loro connessione con la materia oscura.
Dott. Flores e Kusenko si concentrano sulla comprensione delle teorie sulla formazione dei PBH e poi estrapolano il modo in cui tali formazioni potrebbero essere rilevabili, anche con attrezzature moderne. Un tipico buco nero, di cui sappiamo l'esistenza, si forma quando le stelle supermassicce collassano sotto il loro stesso peso.
I PBH si sono formati prima che stelle di tali dimensioni fossero disponibili per collassare, quindi devono essere formati utilizzando un meccanismo diverso. L’articolo descrive in dettaglio un processo di formazione del PBH teorizzato che prevede uno sguardo matematico dettagliato sull’asimmetria delle particelle e su come questa si adatti ad altri modelli di fisica delle particelle. Ma come possono gli astronomi vedere quelle formazioni?
Un modo è osservare una perdita di momento angolare. Gli astronomi possono osservare "aloni" di particelle nelle prime fasi dell'universo. In molti casi, girano rapidamente. Tuttavia, se la loro rotazione rallenta drasticamente, potrebbe indicare che un PBH si stava formando nelle vicinanze, assorbendo parte dell'energia da quel momento angolare attirando le particelle verso se stesse.
Un altro modo è osservare un nuovo meccanismo preferito dagli astronomi di tutto il mondo:le onde gravitazionali. Non è del tutto chiaro se la formazione di PBH possa causare onde gravitazionali. Tuttavia, l'articolo discute alcune strutture che potrebbero potenzialmente portare a una teoria sulla loro effettiva validità.
La supersimmetria fornisce uno di questi quadri. In alcuni casi, l’universo primordiale che opera secondo i principi della supersimmetria potrebbe formare un PBH che formerebbe un’onda gravitazionale che la prossima generazione di rilevatori di onde gravitazionali potrebbe potenzialmente rilevare. In particolare, implicherebbe quello che l'articolo chiama un "meccanismo poltergeist" risultante da perturbazioni spazio-temporali in alcune teorie.
Un ultimo modo per rilevare questi PBH è osservare le lenti gravitazionali. Alcuni esperimenti come l'Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e l'Hyper Suprime-Cam (HSC) del telescopio Subaru hanno notato microlenti gravitazionali dove non è noto alcun oggetto massiccio che causi tale lente. I PBH, che sarebbero effettivamente invisibili a quei telescopi, potrebbero offrire una spiegazione, anche se prima devono essere escluse altre spiegazioni.
Altre teorie offrono altre opportunità per il rilevamento del PBH, inclusa l'osservazione dell'interazione di "Q-ball" o grandi "blob" teorici di materia. Se un numero sufficiente di questi vengono raccolti insieme, potrebbero potenzialmente formare un PBH.
In definitiva, ci sono più domande che risposte su questi oggetti misteriosi. Se esistono, potrebbero rispondere a molti di loro. Tuttavia, sono necessari più dati per dimostrarlo oltre ogni ragionevole dubbio. Gli sperimentatori stanno già spingendosi avanti il più rapidamente possibile per sviluppare rilevatori nuovi e migliori che possano aiutare nella caccia ai PBH. Se esistono, è solo questione di tempo prima di trovarli.
Ulteriori informazioni: Marcos M. Flores et al, Nuove idee sulla formazione e il rilevamento astrofisico dei buchi neri primordiali, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.05430
Informazioni sul giornale: arXiv
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