Alcuni anni fa, la collaborazione LIGO/Virgo ha rilevato onde gravitazionali derivanti da una fusione binaria di buchi neri utilizzando i due rivelatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Questo alla fine ha portato all'osservazione di buchi neri con masse che sono circa 30 volte la massa del sole. Da allora, ricercatori di tutto il mondo hanno studiato questi buchi neri, esaminando specificamente se potrebbero essere di origine primordiale, il che significa che sono stati prodotti nell'universo primordiale prima che si formassero stelle e galassie.

Hooman Davoudiasl, fisico teorico al Brookhaven National Laboratory di New York, ha recentemente introdotto una nuova teoria che suggerisce che i buchi neri osservati dalla collaborazione LIGO/Virgo provengano da una transizione di fase di confinamento di quark di primo ordine. Nel suo giornale, pubblicato in Lettere di revisione fisica , Davoudiasl ha implementato questa idea utilizzando uno scalare di luce che potrebbe rivelarsi un buon candidato per la materia oscura.

Recenti rilevazioni della collaborazione LIGO/Virgo suggeriscono che ci sono diversi buchi neri che hanno masse simili (circa 30 masse solari). Ciò suggerisce che potrebbe esserci una popolazione di buchi neri caratterizzati da un tipico valore di massa.

"Questa popolazione può essere associata all'evoluzione stellare e a determinate condizioni astrofisiche, ma un'origine primordiale potrebbe anche essere una possibile spiegazione, "Hooman Davoudiasl, il ricercatore che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Quest'ultima possibilità è piuttosto intrigante, ma come tali oggetti potrebbero formarsi nell'universo primordiale è una questione aperta".

Un meccanismo che potrebbe potenzialmente portare alla produzione di buchi neri primordiali (PBH) è una brusca transizione di fase cosmologica, che è in qualche modo simile al passaggio dal vapore al liquido che si verifica quando l'acqua si condensa su una superficie fredda. Un esempio di questa transizione di fase nell'universo primordiale potrebbe essere il raffreddamento del plasma caldo composto da quark e gluoni, che potrebbe essersi verificato mentre l'universo si espandeva, e cominciarono a legarsi in protoni e neutroni.

Secondo le attuali teorie fisiche, però, ci sono due problemi chiave con questo scenario. in primo luogo, il passaggio non sarebbe brusco, e in secondo luogo, porterebbe molto probabilmente alla produzione di PBH con una massa simile a quella del sole, piuttosto che masse 10 o più volte maggiori.

"Nel mio giornale, Mi sono proposto di esaminare sotto quali ulteriori presupposti, da fenomeni ancora sconosciuti, l'immagine sopra può cambiare in modo da favorire una spiegazione 'primordiale' della popolazione di buchi neri osservata da LIGO/Virgo, " ha detto Davoudiasl.

La spiegazione che ha proposto si basa su un costrutto teorico di vecchia data che suggerisce che se ci sono tre o più quark leggeri, la transizione dal plasma caldo di quark e gluoni alle particelle nucleari potrebbe, infatti, essere brusco. L'attuale teoria fisica standard che è stata ampiamente testata, però, afferma che in questo scenario, solo due quark sono sufficientemente leggeri; così, la transizione non sarebbe brusca (cioè, non sarebbe una transizione di fase del primo ordine).

"La mia idea era di vedere come si può fare in modo che questa situazione cambi nell'universo primordiale, in modo che il passaggio sia brusco, ma poi recuperare l'immagine standard in seguito, corrispondenti a dati sperimentali odierni ben consolidati, " ha spiegato Davoudiasl.

Davoudiasl voleva essenzialmente dimostrare che in determinate condizioni corrispondenti a nuovi ingredienti fisici, tre o più quark leggeri potrebbero, infatti, sono stati presenti nell'universo primordiale mentre avveniva la transizione alla materia nucleare. Ciò comporterebbe in definitiva una transizione di fase di primo ordine, consentendo la produzione di PBH con masse simili a quelle osservate dalla collaborazione LIGO/Virgo.

"La mia proposta fa in modo che i quark raggiungano le masse che osserviamo oggi in seguito, " ha detto Davoudiasl. "Tuttavia, interessante, aumentando il numero di quark leggeri, si spingono anche le masse dei PBH che potrebbero essere prodotte a valori maggiori, più vicino a quello della popolazione osservata da LIGO/Virgo."

L'idea introdotta da Davoudiasl nel suo recente articolo potrebbe spiegare la produzione dei PBH osservati dal team LIGO/Virgo. Inoltre, potrebbe far luce sul motivo per cui le loro masse sono più grandi di quanto ci si potrebbe aspettare sulla base delle attuali teorie fisiche.

"Rendere la transizione brusca nel modo che ho proposto non solo facilita la produzione di PBH, ma rende anche più pesanti le loro masse attese, avvicinandosi a quelli osservati da LIGO/Virgo attraverso le onde gravitazionali, " Ha aggiunto Davoudiasl. "Inoltre, la mia proposta impiega una particella ipotetica molto leggera la cui dinamica controlla la variazione delle masse di quark da molto piccole ai loro valori osservati oggi."

interessante, l'ipotetico "campo di luce" considerato nella teoria di Davoudiasl potrebbe avere le proprietà giuste per essere la materia oscura dell'universo che innumerevoli ricercatori hanno studiato e cercato. Infatti, i buchi neri osservati dalla collaborazione LIGO/Virgo possono spiegare solo una piccola frazione di materia oscura, a causa di vari vincoli.

"Vale la pena riflettere ulteriormente sul tema generale delle cosmologie non standard, " Ha detto Davoudiasl. "La modifica di alcune delle nostre solite ipotesi riguardanti l'universo primordiale potrebbe potenzialmente portare a nuove intuizioni su questioni aperte in fisica e cosmologia".

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