Sulla materia oscura e buchi neri primordiali

Vi sono immagini catturate dai moderni telescopi spaziali come Hubble e Spitzer che mostrano lo sfondo a infrarossi o la luce a infrarossi non associata a fonti note. Potrebbe essere lasciato dai primi oggetti luminosi dell'universo, comprese le stelle. La materia oscura - la sostanza elusiva che compone la maggior parte dell'universo materiale - potrebbe essere fatta di buchi neri?

 Alcuni astronomi stanno iniziando a pensare che quest’allettante possibilità sia sempre più probabile. Alexander Kashlinsky, astronomo del NASA Goddard Space Flight Center nel Maryland, pensa che i buchi neri formatisi subito dopo il Big Bang, possano perfettamente spiegare le osservazioni delle onde gravitazionali,

o quelle increspature nello spazio-tempo, fatte dall'interferometro laser Gravitational-Wave Osservatorio (LIGO) , così come le precedenti osservazioni dell'universo primordiale.

Se l’ipotesi di Kashlinsky è corretta, allora la materia oscura potrebbe essere composta da questi buchi neri primordiali, e tutte le galassie potrebbero essere incorporate in una vasta sfera di buchi neri e l'universo primitivo potrebbe essersi evoluto in modo diverso rispetto a ciò che viene pensato dalla maggior parte degli scienziati. Nel 2005, Kashlinsky e i suoi colleghi hanno usato il telescopio spaziale Spitzer

della NASA per esplorare il bagliore di fondo della luce a infrarossi che si trova nell'universo. Poiché la luce proveniente da oggetti cosmici richiede una quantità limitata di tempo per viaggiare nello spazio, gli astronomi sulla Terra vedono oggetti distanti nel modo in cui quegli oggetti guardavano nel passato. Kashlinsky e il suo gruppo volevano guardare verso l'universo primordiale, oltre il punto in cui i telescopi possono raccogliere singole galassie."Immagina di guardare New York da lontano,- ha detto Kashlinsky - non puoi vedere singoli lampioni o edifici, ma puoi vedere questa luce cumulativa diffusa che producono".Quando i ricercatori avranno rimosso tutta la luce dalle galassie note in tutto l'universo, potrebbero ancora rilevare la luce in eccesso - il bagliore di fondo delle prime fonti per illuminare l'universo più di 13 miliardi di anni fa. Poi, nel 2013, Kashlinsky e i suoi colleghi usando l'Osservatorio a raggi X Chandra

della NASA per esplorare il bagliore di fondo in una parte diversa dello spettro elettromagnetico: i raggi X. Con loro sorpresa, i pattern all'interno dello sfondo a infrarossi combaciavano perfettamente con i pattern all'interno dello sfondo dei raggi X."E le uniche fonti che sarebbero in grado di produrre questo a infrarossi e raggi X sono i buchi neri, -ha rimarcato Kashlinsky - e non mi è mai venuto in mente in quel momento che questi potrebbero essere i buchi neri primordiali. “Poi, ci fu il rilevamento LIGO

, quando l'osservatorio ha effettuato il primo rilevamento diretto delle onde gravitazionali - increspature cosmiche nella struttura dello spazio-tempo stesso - prodotto da una coppia di buchi neri in collisione. Ha segnato l'inizio di una nuova era di scoperte ,durante la quale gli astronomi potevano raccogliere questi segnali unici creati da potenti eventi astronomici e, per la prima volta, rilevare direttamente i buchi neri (invece di vedere il materiale illuminato attorno ai buchi neri). Simeon Bird,  astronomo della Johns Hopkins University, ha ipotizzato che la scoperta potrebbe essere ancora più significativa. Bird ha suggerito che i due buchi neri rilevati da LIGO potrebbero essere primordiali. I buchi neri primordiali non si formano dal collasso di una stella morta (il meccanismo più comunemente noto per la formazione del buco nero che si svolge relativamente tardi nella storia dell'universo). Invece, i buchi neri primordiali si sono formati subito dopo il Big Bang quando le onde sonore si sono irradiate in tutto l'universo. Le aree in cui quelle onde sonore sono più dense potrebbero essere crollate per formare i buchi neri. “Se quel pensiero ti fa girare la testa un po ', pensa a far girare la pasta per la pizza in un disco. Dopo un po ', - spiegava Kashlinsky - noterai che questi buchi si vedono nella consistenza dell'impasto della pizza. È lo stesso con lo spazio-tempo, con la sola eccezione che quei buchi sono buchi neri primordiali. Per ora, questi buchi neri primordiali rimangono ipotetici. Kashlinsky, colpito dal suggerimento di Bird, portò l'ipotesi a un ulteriore passo in avanti, esaminando le conseguenze che questi buchi neri primordiali avrebbero avuto sull'evoluzione del cosmo. (Bird non è stato il primo scienziato a suggerire che la materia oscura potrebbe essere fatta di buchi neri, sebbene non tutte queste idee riguardino i buchi neri primordiali).Per i primi 500 milioni di anni della storia dell'universo,- ha detto poi Kashlinsky - la materia oscura collassò in grumi chiamati aloni, che fornivano i semi gravitazionali che avrebbero permesso alla materia di accumularsi e formare le prime stelle e galassie. Se quella materia oscura fosse composta da buchi neri primordiali, avrebbe creato questo processo che si cerca di indagare. Kashlinsky pensa che questo processo possa spiegare sia l'eccesso di sfondo cosmico dell'infrarosso che l'eccesso di raggi X cosmici, osservato diversi anni fa coi suoi colleghi. Il bagliore infrarosso sarebbe venuto dalle prime stelle che si sono formate all'interno degli aloni. Anche se le stelle irradiano luce ottica e ultravioletta, l'espansione dell'universo tende naturalmente quella luce in modo che le prime stelle appaiano, agli astronomi sulla Terra, che emettono una luce infrarossa. Senza gli aloni in più, -ha ulteriormente aggiunto- le prime stelle potrebbero generare un bagliore infrarosso, ma non nella misura in cui Kashlinsky e i suoi colleghi l’hanno osservato. Il gas che ha creato quelle stelle sarebbe caduto anche sui buchi neri primordiali, riscaldandosi fino a temperature abbastanza elevate da far scoppiare i raggi X. Lo sfondo dell'infrarosso cosmico può essere spiegato - anche se in misura minore - senza l'aggiunta di buchi neri primordiali, mentre lo sfondo dei raggi X cosmici non può essere spiegato. I buchi neri primordiali collegano insieme le due osservazioni. "Tutto si combina notevolmente bene, ha infine osservato Kashlinsky - perché occasionalmente, quei buchi neri primordiali si sarebbero avvicinati abbastanza da iniziare a orbitare l'uno accanto all'altro (il cosiddetto sistema binario). Nel corso del tempo, questi due buchi neri si unirebbero a spirale e irradierebbero le onde gravitazionali, potenzialmente simili a quelle rilevate da LIGO. Sono dunque necessarie più osservazioni di buchi neri per determinare se questi oggetti sono primordiali o formati più tardi nella storia dell'universo.