Potremmo finalmente essere in grado di testare una delle idee più lontane di Stephen Hawking

Presto potremmo essere in grado di testare una delle teorie più controverse di Stephen Hawking, suggerisce una nuova ricerca.

Negli anni '70, Hawking propose che la materia oscura , la sostanza invisibile che costituisce la maggior parte della materia nel cosmo, potesse essere costituita da buchi neri formatisi nei primi momenti del Big Bang .

Ora, tre astronomi hanno sviluppato una teoria che spiega non solo l'esistenza della materia oscura, ma anche la comparsa dei più grandi buchi neri nell'universo.

"Quello che trovo personalmente super eccitante di questa idea è come unisca elegantemente i due problemi davvero impegnativi su cui lavoro, quello di sondare la natura della materia oscura e la formazione e la crescita dei buchi neri e li risolve in un colpo solo", studia Il coautore Priyamvada Natarajan, astrofisico della Yale University, ha dichiarato in una dichiarazione (si apre in una nuova scheda). Inoltre, diversi nuovi strumenti tra cui il James Webb This Web Telescope appena lanciato potrebbero produrre i dati necessari per valutare finalmente la famosa nozione di Hawking.

Buchi neri dall'inizio

La materia oscura costituisce oltre l'80% di tutta la materia nell'universo, ma non interagisce direttamente con la luce in alcun modo. Galleggia semplicemente intorno ad essere massiccio, influenzando la gravità all'interno delle galassie.

Si è tentati di pensare che i buchi neri possano essere responsabili di questa roba sfuggente. Dopotutto, i buchi neri sono notoriamente oscuri, quindi riempire una galassia di buchi neri potrebbe teoricamente spiegare tutte le osservazioni della materia oscura.

Sfortunatamente, nell'universo moderno, i buchi neri si formano solo dopo la morte di stelle massicce, per poi collassare sotto il peso della loro stessa gravità. Quindi creare buchi neri richiede molte stelle che richiedono un mucchio di materia normale. Gli scienziati sanno quanta materia normale c'è nell'universo dai calcoli dell'universo primordiale, dove si sono formati il ​​primo idrogeno (si apre in una nuova scheda) e l'elio (si apre in una nuova scheda). E semplicemente non c'è abbastanza materia normale per far sì che tutti gli astronomi di materia oscura abbiano osservato.

Giganti dormienti

È qui che entra in gioco Hawking. Nel 1971 suggerì che i buchi neri si fossero formati nell'ambiente caotico dei primi momenti del Big Bang. Lì, sacche di materia potrebbero raggiungere spontaneamente le densità necessarie per creare buchi neri, inondando il cosmo ben prima che le prime stelle brillassero. Hawking ha suggerito che questi buchi neri "primordiali" potrebbero essere responsabili della materia oscura. Sebbene l'idea fosse interessante, la maggior parte degli astrofisici si è concentrata invece sulla ricerca di una nuova particella subatomica per spiegare la materia oscura.

Inoltre, i modelli di formazione primordiale di buchi neri si sono imbattuti in problemi di osservazione. Se ne formavano troppi nell'universo primordiale, cambiavano l'immagine della radiazione residua dall'universo primordiale, nota come fondo cosmico a microonde (CMB). Ciò significava che la teoria funzionava solo quando il numero e le dimensioni degli antichi buchi neri erano abbastanza limitati, o sarebbe in conflitto con le misurazioni della CMB. .

L'idea è stata ripresa nel 2015 quando il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ha trovato la sua prima coppia di buchi neri in collisione. I due buchi neri erano molto più grandi del previsto e un modo per spiegare la loro grande massa era dire che si erano formati nell'universo primordiale, non nel cuore delle stelle morenti.

Una soluzione semplice

Nell'ultima ricerca, Natarajan, Nico Cappelluti dell'Università di Miami e Gnther Hasinger della European This Web Agency hanno approfondito la teoria dei buchi neri primordiali, esplorando come potrebbero spiegare la materia oscura e possibilmente risolvere altre sfide cosmologiche.

Per superare gli attuali test di osservazione, i buchi neri primordiali devono trovarsi entro un certo intervallo di massa. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno ipotizzato che i buchi neri primordiali avessero una massa di circa 1,4 volte la massa del sole. Hanno costruito un modello dell'universo che ha sostituito tutta la materia oscura con questi buchi neri abbastanza leggeri, e poi hanno cercato indizi di osservazione che potessero convalidare (o escludere) il modello.

Il team ha scoperto che i buchi neri primordiali potrebbero svolgere un ruolo importante nell'universo seminando le prime stelle, le prime galassie e i primi buchi neri supermassicci (SMBH). Le osservazioni indicano che stelle, galassie e SMBH appaiono molto rapidamente nella storia cosmologica, forse troppo rapidamente per essere spiegati dai processi di formazione e crescita che osserviamo nell'universo di oggi.

"I buchi neri primordiali, se esistono, potrebbero benissimo essere i semi da cui si formano tutti i buchi neri supermassicci, compreso quello al centro della Via Lattea ", ha detto Natarajan.

E la teoria è semplice e non richiede uno zoo di nuove particelle per spiegare la materia oscura.

"Il nostro studio mostra che senza introdurre nuove particelle o nuova fisica, possiamo risolvere i misteri della cosmologia moderna dalla natura della materia oscura stessa all'origine dei buchi neri supermassicci", ha affermato Cappelluti nella dichiarazione.

Finora questa idea è solo un modello, ma potrebbe essere testata in tempi relativamente brevi. Il James Webb This Web Telescope, lanciato il giorno di Natale dopo anni di ritardi, è specificamente progettato per rispondere a domande sull'origine delle stelle e delle galassie. E la prossima generazione di rivelatori di onde gravitazionali, in particolare il Laser Interferometer This Web Antenna (LISA), è pronta a rivelare molto di più sui buchi neri, compresi quelli primordiali se esistono.

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Insieme, i due osservatori dovrebbero fornire agli astronomi informazioni sufficienti per ricostruire la storia delle prime stelle e potenzialmente le origini della materia oscura.

"E' stato irresistibile esplorare a fondo questa idea, sapendo che aveva il potenziale per essere convalidata abbastanza presto", ha detto Natarajan.

Originariamente pubblicato su Live Science.

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