Sapere Scienza

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La materia oscura potrebbe essere "fatta" di buchi neri?

10 Febbraio 2017

La materia oscura potrebbe essere costituita da enormi buchi neri primordiali, numerosi come le stelle? L'idea, in verità, non è nuova. Ma questa vecchia ipotesi è ritornata in auge un anno fa proprio quando, di questi tempi, la scoperta della prima prova diretta delle onde gravitazionali ha suggerito che il cosmo abbonda di buchi neri molto "pesanti".

 

Buchi neri enormi

I buchi neri ordinari si formano quando stelle individuali che hanno una massa pari a circa 15 volte quella del Sole, collassano. I buchi neri supermassicci che stanno nei centri delle galassie inghiottiscono miliardi di stelle. Gli astrofisici non riescono però a capire come delle stelle che collassano possano formare buchi neri di misure "intermedie": ecco perché è stata una sorpresa quando, a febbraio 2016, i fisici del LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hanno annunciato di aver rilevato increspature nello spazio-tempo derivanti dalla fusione di due buchi neri con massa pari a 29 e 36 volte quella del Sole.

 

Come si sono formati buchi neri così pesanti?

La teoria ci dice che, per formare buchi neri così pesanti, c'è un modo, e potrebbe risalire anche all'epoca in cui non si erano ancora formate le stelle: il collasso diretto di "macchie" dense nel ribollente plasma di particelle che riempiva il cosmo subito dopo il Big Bang. Lo spazio, dunque, potrebbe essere ricco di questi buchi neri primordiali, "abbastanza da spiegare l'85 per cento della materia dell'Universo che attualmente sfugge alla nostra comprensione" dichiara Marc Kamionkowski, della Johns Hopkins University di Baltimora, il cui team ha discusso l'ipotesi che lega buchi neri a materia oscura durante il convegno dell'American Physical Society della scorsa settimana.

 

Immagine aerea dell'interferometro LIGO di Livingston (Credit: Caltech/MIT/LIGO Lab)

 

Le tracce nella radiazione cosmica di fondo

Questa abbondanza di buchi neri avrebbe poi dovuto lasciare una "traccia" nella radiazione cosmica di fondo, CMB (cosmic microwave background). I raggi X che derivano dal vorticare della materia nei buchi neri avrebbero dovuto ionizzare alcuni dei primi atomi, alterando l'aspetto della CMB. E Kamionkowski e i suoi colleghi hanno calcolato che buchi neri con massa compresa tra 20 e 100 volte quella del Sole potrebbero essere consistenti con le misure finora effettuate sulla CMB.

 

Esistono buchi neri così pesanti?

In teoria, buchi neri di queste dimensioni potrebbero dare segni della propria presenza passando occasionalmente di fronte a stelle molto distanti: la loro gravità potrebbe rendere temporaneamente più luminosa la stella, secondo un effetto chiamato "microlensing". Due studi sul microlensing, condotti negli anni Novanta, esclusero la possibilità dell'esistenza di sciami di buchi neri. Tuttavia, le osservazioni, in quei casi, furono condotto per brevi periodi di tempo, insufficienti a rilevare eventi di microlensing relativi a buchi neri di almeno 30 masse solari, che dovrebbero richiedere anni.

 

Nuovi strumenti a disposizione

Nuove indicazioni potrebbero arrivare dai nuovi radio telescopi che stanno per entrare in funzione, come il Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) nelle Okanagan Falls. Dal 2007, gli astronomi conoscono i FRB (fast radio burst) che sono "lampi" di onde radio che durano millisecondi: un microlensing da parte di un buco nero con massa pari a 30 volte quella del Sole dovrebbe generare una rapida eco di un FRB, e questo porterebbe a una sua più agevole individuazione. CHIME dovrebbe poter individuare migliaia di FRB in pochi anni, abbastanza per poter osservare echi rivelatori.

 

Secondo Katelin Schutz della University of California di Berkeley, un buco nero così massiccio potrebbe poi essere smascherato anche dalle cosiddette pulsar millisecondi: questi "fari" stellari emettono impulsi radio estremamente regolari e un sottile rallentamento potrebbe proprio rivelare un microlensing da un buco nero di enorme massa.

 

Anche se è stata l'osservazione di LIGO a scatenare il dibattito sull'esistena di buchi neri così grandi, è improbabile che sia LIGO a porvi fine. Lo scorso giugno, il consorzio ha riportato prove di una seconda fusione di buchi neri, ma con masse pari a 8 e 14 volte quella del Sole. La ricerca, insomma, è ancora lunga.

 

 

Per saperne di più
- Cosa sono le onde gravitazionali e come si rilevano

 

 

[Immagine: credit NASA/JPL-Caltech]

 

copertina   agosto-settembre 2017

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