I fisici dell'UCLA hanno proposto nuove teorie su come potrebbero essersi formati i primi buchi neri dell'universo e sul ruolo che potrebbero svolgere nella produzione di elementi pesanti come l'oro, platino e uranio.

Sulla rivista sono stati pubblicati due articoli sul loro lavoro Lettere di revisione fisica .

Una domanda di vecchia data in astrofisica è se i primissimi buchi neri dell'universo siano nati meno di un secondo dopo il Big Bang o se si siano formati solo milioni di anni dopo, durante la morte delle prime stelle.

Alexander Kusenko, un professore di fisica dell'UCLA, ed Eric Cotner, uno studente laureato dell'UCLA, sviluppato una nuova teoria convincente e semplice che suggerisce che i buchi neri potrebbero essersi formati molto poco dopo il Big Bang, molto prima che le stelle cominciassero a brillare. Gli astronomi hanno precedentemente suggerito che questi cosiddetti buchi neri primordiali potrebbero spiegare tutta o parte della misteriosa materia oscura dell'universo e che potrebbero aver seminato la formazione di buchi neri supermassicci che esistono al centro delle galassie. La nuova teoria propone che i buchi neri primordiali potrebbero aiutare a creare molti degli elementi più pesanti presenti in natura.

I ricercatori hanno iniziato considerando che un campo di energia uniforme pervadeva l'universo poco dopo il Big Bang. Gli scienziati si aspettano che tali campi esistessero in un lontano passato. Dopo che l'universo si espanse rapidamente, questo campo energetico si sarebbe separato in gruppi. La gravità farebbe sì che questi grumi si attraggano l'un l'altro e si uniscano insieme. I ricercatori dell'UCLA hanno proposto che una piccola frazione di questi gruppi in crescita sia diventata abbastanza densa da diventare buchi neri.

La loro ipotesi è abbastanza generica, Kusenko ha detto, e non si basa su quelle che ha chiamato le "coincidenze improbabili" che sono alla base di altre teorie che spiegano i buchi neri primordiali.

Il documento suggerisce che è possibile cercare questi buchi neri primordiali usando osservazioni astronomiche. Un metodo prevede la misurazione dei piccolissimi cambiamenti nella luminosità di una stella che risultano dagli effetti gravitazionali di un buco nero primordiale che passa tra la Terra e quella stella. All'inizio di quest'anno, Astronomi statunitensi e giapponesi hanno pubblicato un articolo sulla scoperta di una stella in una galassia vicina che si è illuminata e oscurata proprio come se un buco nero primordiale le stesse passando davanti.

In uno studio separato, Kusenko, Volodymyr Takhistov, un ricercatore post-dottorato dell'UCLA, e George Fuller, un professore all'UC San Diego, proposto che i buchi neri primordiali potrebbero svolgere un ruolo importante nella formazione di elementi pesanti come l'oro, d'argento, platino e uranio, che potrebbe essere in corso nella nostra galassia e in altri.

L'origine di quegli elementi pesanti è stata a lungo un mistero per i ricercatori.

"Gli scienziati sanno che questi elementi pesanti esistono, ma non sono sicuri di dove si stiano formando questi elementi, " ha detto Kusenko. "Questo è stato davvero imbarazzante".

La ricerca dell'UCLA suggerisce che un buco nero primordiale si scontra occasionalmente con una stella di neutroni, la dimensione di una città, residuo rotante di una stella che rimane dopo alcune esplosioni di supernova e sprofonda nelle sue profondità.

Quando ciò accade, Kusenko ha detto, il buco nero primordiale consuma la stella di neutroni dall'interno, un processo che richiede circa 10, 000 anni. Quando la stella di neutroni si restringe, gira ancora più veloce, alla fine provocando il distacco e il volo di piccoli frammenti. Quei frammenti di materiale ricco di neutroni possono essere i siti in cui i neutroni si fondono in elementi sempre più pesanti, ha detto Kusenko.

Però, la probabilità che una stella di neutroni catturi un buco nero è piuttosto bassa, disse Kusenko, il che è coerente con le osservazioni di solo alcune galassie che si arricchiscono di elementi pesanti. La teoria secondo cui i buchi neri primordiali collidono con le stelle di neutroni per creare elementi pesanti spiega anche la mancanza osservata di stelle di neutroni al centro della galassia della Via Lattea, un mistero di lunga data in astrofisica.

Questo inverno, Kusenko e i suoi colleghi collaboreranno con gli scienziati dell'Università di Princeton su simulazioni al computer degli elementi pesanti prodotti da un'interazione stella di neutroni-buco nero. Confrontando i risultati di quelle simulazioni con le osservazioni di elementi pesanti nelle galassie vicine, i ricercatori sperano di determinare se i buchi neri primordiali siano effettivamente responsabili dell'oro terrestre, platino e uranio.