Credito:Istituto di fisica di Leiden
Cos'è la materia oscura? Come si formano i buchi neri supermassicci? I buchi neri primordiali potrebbero contenere la risposta a questa domanda di vecchia data. Leida e i cosmologi cinesi hanno identificato un nuovo modo in cui questi ipotetici oggetti potrebbero essere prodotti subito dopo il Big Bang. La loro ricerca è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica .
Nella loro ricerca per capire l'universo, gli scienziati devono affrontare alcuni importanti enigmi irrisolti. Per esempio, le stelle si muovono intorno alle galassie come se ci fosse una massa cinque volte maggiore di quella osservata. Ciò che rende comprende questa materia oscura? E un altro indovinello:le galassie ospitano enormi buchi neri nei loro nuclei, pesando milioni di masse solari. Nelle giovani galassie, le stelle collassate non hanno avuto abbastanza tempo per crescere così grandi. Come si sono formati questi cosiddetti buchi neri supermassicci?
I cosmologi hanno proposto una soluzione ipotetica che potrebbe risolvere uno dei due enigmi. Buchi neri primordiali, generato poco dopo il Big Bang, hanno la capacità di rimanere piccoli o di guadagnare rapidamente massa. Nel primo caso, sono candidati per la materia oscura. Nel secondo caso, potrebbero servire come semi per buchi neri supermassicci. Il cosmologo Dong-Gang Wang dell'Università di Leiden e i suoi colleghi cinesi Yi-Fu Cai, Xi Tong e Sheng-Feng Yan della USTC University hanno segnalato un nuovo modo in cui i buchi neri primordiali potrebbero essersi formati durante il periodo del Big Bang.
Questa figura mostra la frazione di materia oscura dovuta ai buchi neri primordiali (asse verticale), in funzione della loro massa individuale in masse solari (asse orizzontale). Le zone in ombra sono escluse dalle osservazioni astronomiche. L'effetto di risonanza si manifesta come picchi stretti (linee tratteggiate rosse e blu) che mostrano la distribuzione di massa dei buchi neri primordiali. Perché le cime sono strette, si prevede che tutti i buchi neri primordiali abbiano la stessa massa. Per il nostro Universo, c'è solo un vero picco, a seconda dei dettagli (ancora sconosciuti) del Big Bang. Ad esempio, il picco blu corrisponde a buchi neri di circa 10 – 100 masse solari, l'intervallo recentemente rilevato dall'esperimento sulle onde gravitazionali LIGO/VIRGO. Credito:Istituto di fisica di Leiden
Dopo il Big Bang, l'universo conteneva perturbazioni di piccola densità causate da fluttuazioni quantistiche casuali. Questi sono abbastanza grandi da formare stelle e galassie, ma troppo piccoli per trasformarsi da soli in buchi neri primordiali. Wang e i suoi collaboratori hanno identificato un nuovo effetto di risonanza che rende possibili i buchi neri primordiali potenziando selettivamente determinate perturbazioni. Questo porta alla previsione che tutti i buchi neri primordiali dovrebbero avere approssimativamente la stessa massa. I picchi stretti nella figura 1 mostrano una gamma di possibili masse come conseguenza della risonanza.
Modello praticabile
"Altri calcoli hanno modi diversi per migliorare le perturbazioni, ma incorrere in problemi, " dice Wang. "Usiamo la risonanza durante l'inflazione, quando l'universo crebbe esponenzialmente poco dopo il Big Bang. I nostri calcoli sono abbastanza semplici da poterci lavorare. In realtà, il meccanismo potrebbe essere più complicato, ma questo è un inizio. I picchi stretti che otteniamo sono inerenti al meccanismo, perché usa la risonanza."
