I buchi neri stupendiosamente grandi potrebbero crescere in dimensioni davvero mostruose

Quanto potrebbero diventare grandi i buchi neri? Un team di scienziati ora suggerisce che i buchi neri potrebbero raggiungere quelle che chiamano dimensioni "stupendamente grandi", ciascuna delle quali ospita la massa di 100 miliardi di soli o più.

La scoperta di buchi neri così giganteschi potrebbe far luce sulla natura di una frazione significativa della misteriosa materia oscura che costituisce i quattro quinti della materia nell'universo, hanno detto i ricercatori.

Al centro della maggior parte, se non di tutte, le galassie sono buchi neri supermassicci con masse da milioni a miliardi di volte quella del sole terrestre. Ad esempio, nel cuore della nostra galassia, la Via Lattea, si trova il Sagittario A*, che ha una dimensione di circa 4,5 milioni di masse solari.

Attualmente il più grande buco nero conosciuto, che alimenta il quasar TON 618 , ha una massa di 66 miliardi di masse solari. L'enorme mole di TON 618 ha portato gli scienziati a ipotizzare se esistano o meno buchi neri ancora più grandi e se ci sia un limite superiore alle loro dimensioni.

Un buco nero davvero gigantesco

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno soprannominato buchi neri di dimensioni pari a 100 miliardi di masse solari o più grandi di qualsiasi "buco nero straordinariamente grande" o SLAB attualmente visto. Sebbene abbiano notato che attualmente non ci sono prove che i buchi neri straordinariamente grandi siano reali, hanno notato che esistono buchi neri supermassicci di dimensioni quasi simili.

"È sorprendente che finora sia stata prestata poca attenzione alla possibile esistenza di buchi neri straordinariamente massicci, perché potrebbero esistere in linea di principio", ha detto a This Web il coautore dello studio Florian Khnel, cosmologo teorico dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco. com.

Una domanda chiave quando si tratta di buchi neri straordinariamente grandi è se potrebbero formarsi in primo luogo. Tuttavia, molto rimane incerto su come nascano anche i normali buchi neri supermassicci.

L'ipotesi convenzionale è che i buchi neri supermassicci nel cuore delle galassie si siano formati quando i buchi neri più piccoli si sono fusi e hanno inghiottito la materia intorno a loro. Tuttavia, ricerche precedenti hanno scoperto che questo modello ha dovuto affrontare sfide quando si è trattato di spiegare come i buchi neri avrebbero potuto raggiungere dimensioni supermassicci quando l'universo aveva solo pochi miliardi di anni, il coautore dello studio Bernard Carr, cosmologo teorico della Queen Mary University di Londra, detto a questo Web.com.

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Origini primordiali?

Un altro modo per spiegare come sia i normali buchi neri supermassicci sia i buchi neri forse straordinariamente grandi formassero i cardini dei cosiddetti buchi neri primordiali, ha spiegato Carr. Un lavoro precedente ipotizzava che entro un secondo dopo il Big Bang , fluttuazioni casuali di densità nell'universo neonato caldo e in rapida espansione avrebbero potuto concentrare sacche di materia abbastanza da farle collassare in buchi neri. Questi buchi neri primordiali potrebbero essere serviti da semi per la formazione successiva di buchi neri più grandi.

Se i buchi neri primordiali esistono, potrebbero aiutare a spiegare cos'è la materia oscura. Sebbene si pensi che la materia oscura costituisca la maggior parte della materia nell'universo, gli scienziati non sanno di cosa sia fatta questa strana sostanza, poiché i ricercatori non l'hanno ancora vista; attualmente può essere studiato solo attraverso i suoi effetti gravitazionali sulla materia normale. La natura della materia oscura è attualmente uno dei più grandi misteri della scienza.

"C'è stato molto interesse sul fatto che i buchi neri primordiali di massa modesta potessero fornire la materia oscura", ha detto a This Web.com il coautore dello studio Luca Visinelli, un astrofisico delle particelle presso l'Università di Amsterdam.

Un modo per rilevare buchi neri straordinariamente grandi è attraverso le lenti gravitazionali . Secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein , maggiore è la massa di un oggetto, più deforma questo tempo web su se stesso, e quindi più forte è l'attrazione gravitazionale dell'oggetto. La gravità può anche piegare la luce, quindi gli oggetti visti attraverso potenti campi gravitazionali, come quelli prodotti dai buchi neri, vengono lenti. I ricercatori hanno affermato che il lavoro recente si è concentrato sulla ricerca di effetti di lente gravitazionale da corpi più piccoli, ma hanno suggerito che tale ricerca potrebbe cercare anche buchi neri straordinariamente grandi.

Un altro modo per rilevare buchi neri straordinariamente grandi è attraverso gli effetti che avrebbero sul loro ambiente, come la distorsione gravitazionale delle galassie. Questi buchi neri potrebbero anche generare calore, luce e altre radiazioni mentre consumano materia che gli astronomi potrebbero rilevare.

A parte i buchi neri primordiali, un altro potenziale candidato per la materia oscura sono le cosiddette particelle massicce debolmente interagenti (WIMP). Se i WIMP esistessero, sarebbero invisibili e in gran parte intangibili, ma ricerche precedenti suggerivano che se due WIMP si fossero mai scontrati, si annichilerebbero a vicenda e genererebbero raggi gamma, fornendo agli scienziati un modo per individuarli indirettamente. Le potenti forze gravitazionali di buchi neri straordinariamente grandi raccoglierebbero un alone di WIMP intorno a loro, e i raggi gamma ad alta energia che potrebbero derivare dall'annientamento di WIMP potrebbero aiutare gli scienziati a scoprire buchi neri straordinariamente grandi, ha detto Visinelli.

Tutto sommato, "sappiamo che i buchi neri esistono su una vasta gamma di masse, quindi è naturale chiedersi se esiste un limite superiore naturale", ha detto Carr. "Alcune persone potrebbero essere scettiche sull'esistenza di SLAB sulla base del fatto che sarebbero stati difficili da formare. Tuttavia, le persone erano anche scettiche sui buchi neri di massa intermedia e supermassicci fino a quando non sono stati trovati. Non sappiamo se esistono SLAB, ma speriamo che il nostro documento motiverà la discussione tra la comunità".

Gli scienziati hanno dettagliato i loro risultati online il 18 agosto sul database di prestampa arXiv e hanno presentato lo studio per una revisione tra pari formale.

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