E se la materia oscura fosse “fatta” di buchi neri?

Materia oscura
Credits immagine: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Non l’abbiamo mai vista direttamente, non sappiamo esattamente come è fatta né come si comporta, ma siamo quasi certi che esista. Parliamo, naturalmente, della materia oscura, la componente della materia che non assorbe né emette radiazione elettromagnetica (e pertanto è invisibile) e che, secondo diverse osservazioni sperimentali, dovrebbe costituire quasi il 90% della massa presente nell’Universo. Oggi, forse, siamo un passettino più vicini alla comprensione dei segreti di quest’entità così ineffabile: tutto grazie agli sforzi di un’équipe di scienziati della Scuola internazionale di Studi Avanzati (Sissa) di Trieste, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn, la divisione di Trieste) e del Cern. I ricercatori, in uno studio da poco pubblicato su Physical Review Letters, hanno infatti ipotizzato uno scenario in cui la materia oscura sarebbe “emersa” dai resti dei cosiddetti buchi neri primordiali, quelli formatisi subito dopo il Big Bang. Il principale indizio a supporto di questa tesi, dicono gli scienziati, sarebbe il risultato delle analisi condotte sulle onde gravitazionali rilevate da Virgo e Ligo nel 2016.

Cosa sono i buchi neri primordiali

In generale, i buchi neri, voracissimi corpi celesti così densi da ingurgitare tutta la luce e la materia che passa nelle loro vicinanze, si originano con ogni probabilità da quel che resta di stelle ormai morte. Ossia gli astri che, esaurito il combustibile, collassano su sé stessi a causa della propria forza gravitazionale fino a diventare, per l’appunto, oscuri amassi densissimi di materia. I cosiddetti buchi neri primordiali – della cui esistenza, tra l’altro, non siamo ancora del tutto certi – sono un po’ più difficili da spiegare: il ciclo vitale delle stelle, infatti, dura in genere diversi miliardi di anni, e dunque i primi buchi neri dell’Universo dovrebbero essersi formati più o meno qualche miliardo di anni dopo il Big Bang, quando le prime stelle hanno cominciato a muoversi. Com’è possibile allora che potrebbero esistere dei buchi neri quasi coevi al Big Bang? Una delle possibili spiegazioni prevede che tali corpi avrebbero origine non stellare, e che si sarebbero formati in seguito a un collasso velocissimo di materia senza passare per la fase “intermedia” di stella.

Sono davvero legati alla materia oscura?

Come detto poc’anzi, non lo sappiamo con certezza. “I buchi neri primordiali”, ha spiegato Alvise Raccanelli, uno degli autori del lavoro appena pubblicato, “rimangono al momento oggetti ipotetici, previsti da alcuni modelli dell’Universo primordiale. La loro esistenza è stata postulata per la prima volta da Stephen Hawking nel 1971”. Arriviamo così alla materia oscura: “Negli ultimi anni”, prosegue Raccanelli, “i buchi neri primordiali sono diventati possibili candidati a spiegare l’esistenza della materia oscura, o almeno parte della sua esistenza”. Ma per confermare – o smentire – questa ipotesi è indispensabile prima capire se i buchi neri primordiali esistono o meno.

Ragnatele di materia oscura

Nel loro studio, gli scienziati si sono focalizzati sull’esistenza di buchi neri primordiali la cui massa è 50 volte maggiore di quella del sole. Semplificando un po’ la cosa (per forza di cose, trattandosi di una questione molto tecnica e complessa), gli autori hanno cercato di caratterizzare con la maggior precisione possibile diversi parametri legati alla presenza di buchi neri di questo tipo basandosi sull’interazione tra la luce emessa da stelle molto lontane e la cosiddetta ragnatela cosmica, una rete di filamenti composti di gas e materia oscura che permea tutto l’Universo. Per studiare queste interazioni, i ricercatori si sono serviti di Ulysses, un supercomputer della Sissa, che ha macinato migliaia di numeri e calcoli e ha restituito un risultato coerente con le osservazioni sperimentali del telescopio Keck, nelle Hawaii. “Comparando i risultati delle simulazioni del computer con i dati reali”, ha spiegato Riccardo Murgia, primo autore del lavoro, “è possibile stabilire un limite su massa e distribuzione dei buchi neri primordiali e determinare se e in quale misura siano candidati buoni per la materia oscura”. I risultati, al momento, suggeriscono che tutta la materia oscura non proverrebbe da buchi neri primordiali di massa 50 volte (o più) maggiore di quella del Sole, ma allo stesso tempo non escludono che parte di essa abbia questa provenienza. Auspicabilmente i prossimi studi riusciranno ad aggiungere altri tasselli di un mosaico che si fa sempre più complicato.

Credits immagine: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Riferimenti: Physical Review Letters doi: 10.1103/PhysRevLett.123.071102