Una recente ricerca che utilizza le osservazioni avanzate di DESI propone un nuovo collegamento tra i buchi neri e l’energia oscura che guida l’espansione dell’Universo. Questa ipotesi è in linea con i dati che mostrano che man mano che i buchi neri si formano e crescono, la densità dell’energia oscura aumenta, supportando l’idea dei buchi neri come fonte di questa misteriosa forza cosmica.
Esplorando l’enigma dell’energia oscura
Quasi 14 miliardi di anni fa, all’inizio del Big Bang, un’energia misteriosa innescò un’espansione esponenziale che creò tutta la materia conosciuta. Questo evento, descritto dalla teoria dell’Universo inflazionario, preparò il terreno per il Cosmo come lo conosciamo.
Questa antica energia condivide alcune proprietà chiave con l’energia oscura presente nell’Universo odierno, un profondo mistero che costituisce circa il 70% dell’universo, ma la sua natura rimane sfuggente per gli scienziati.
“Se ti chiedi ‘Dove nell’Universo successivo vediamo una gravità forte come lo era all’inizio dell’Universo?’ la risposta è al centro dei buchi neri”, ha detto Gregory Tarlé, professore di fisica all’Università del Michigan e coautore dello studio. “È possibile che ciò che è accaduto durante l’inflazione avvenga al contrario, la materia di una stella massiccia diventa di nuovo energia oscura durante il collasso gravitazionale, come un piccolo Big Bang giocato al contrario”.
In uno studio recente pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Tarlé e collaboratori di cinque istituzioni presentano nuove prove a sostegno di questa idea, raccolte utilizzando i dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Il DESI, composto da 5.000 occhi robotici sul Mayall Telescope presso il Kitt Peak National Observatory sul territorio della Tohono O’odham Nation, offre nuove intuizioni sulla relazione tra buchi neri ed energia oscura.
“Se i buchi neri la contengono, possono accoppiarsi e crescere con l’universo in espansione, accelerandone la crescita”, ha affermato Kevin Croker, autore principale del nuovo studio del team e ricercatore assistente presso l’Arizona State University. “Non possiamo ottenere i dettagli di come ciò stia accadendo, ma possiamo vedere le prove che sta accadendo”.
I dati del primo anno del sondaggio quinquennale pianificato da DESI mostrano prove allettanti che la densità dell’energia oscura è aumentata nel tempo. Ciò fornisce un indizio convincente a sostegno di questa idea di cosa sia, hanno affermato i ricercatori, perché quell’aumento nel tempo concorda con il modo in cui la quantità e la massa dei buchi neri sono aumentate nel tempo.
“Quando mi sono avvicinato per la prima volta al progetto, ero molto scettico”, ha detto il coautore Steve Ahlen, professore emerito di fisica alla Boston University. “Ma ho mantenuto una mente aperta durante l’intero processo e quando abbiamo iniziato a fare i calcoli cosmologici, ho detto, ‘Questo è un meccanismo davvero interessante per crearla ‘”.
Per cercarne le prove dai buchi neri, il team ha utilizzato decine di milioni di galassie distanti misurate da DESI. Lo strumento scruta miliardi di anni nel passato e raccoglie dati che possono essere utilizzati per determinare la velocità con cui l’Universo si sta espandendo con una precisione squisita. A loro volta, questi dati possono essere utilizzati per dedurre come la quantità sta cambiando nel tempo.
Il team ha confrontato questi dati con il numero di buchi neri creati durante la morte di grandi stelle nel corso della storia dell’Universo. “I due fenomeni erano coerenti tra loro: man mano che nuovi buchi neri venivano creati dalla morte di stelle massicce, la quantità di energia oscura nell’universo aumentava nel modo giusto”, ha affermato Duncan Farrah, professore associato di fisica presso l’Università delle Hawaii e coautore dello studio. “Questo rende più plausibile che i buchi neri ne siano la fonte”.
Questa ricerca integra un crescente corpus di letteratura che studia la possibilità di accoppiamento cosmologico nei buchi neri. Uno studio del 2023, che ha coinvolto molti degli autori di questo articolo, ha riportato l’accoppiamento cosmologico nei buchi neri supermassicci all’interno dei centri galattici. Quel rapporto del 2023 ha incoraggiato altri team a ricercare l’effetto nei buchi neri in tutti i diversi luoghi in cui possono essere trovati nell’Universo.
“Questi documenti indagano il legame tra energia oscura e buchi neri in base al loro tasso di crescita. Il nostro nuovo documento collega i buchi neri all’energia oscura in base al momento della loro nascita”, ha affermato Brian Cartwright, astrofisico, coautore ed ex consigliere generale della Securities and Exchange Commission degli Stati Uniti.
Una differenza fondamentale nel nuovo articolo è che la maggior parte dei buchi neri rilevanti sono più giovani di quelli esaminati in precedenza. Questi buchi neri sono nati in un’epoca in cui la formazione stellare, che traccia la formazione dei buchi neri, era già in corso, anziché appena iniziata.
“Ciò avviene molto più tardi nell’Universo ed è informato dalle recenti misurazioni della produzione e della crescita dei buchi neri, come osservato con i telescopi spaziali Hubble e Webb”, ha affermato il coautore Rogier Windhorst, uno scienziato interdisciplinare per il JWST e professore di esplorazione della Terra e dello Spazio presso l’Arizona State University.
“La domanda successiva è dove si trovano questi buchi neri e come si sono mossi negli ultimi 8 miliardi di anni. Gli scienziati stanno lavorando per limitare questo aspetto in questo momento”, ha detto Croker.
La scienza richiede più percorsi di indagine e osservazione e, ora che DESI è online, questa esplorazione dell’energia oscura è appena iniziata.
“Questo porterà solo più profondità e chiarezza alla nostra comprensione dell’energia oscura, che ciò continui a supportare o meno l’ipotesi del buco nero”, ha detto Ahlen. “Penso che come sforzo sperimentale sia meraviglioso. Si possono avere idee preconcette o meno, ma siamo guidati da dati e osservazioni”.
Indipendentemente da ciò che porteranno queste osservazioni future, il lavoro in corso rappresenta un cambiamento radicale nella ricerca sull’energia oscura, ha affermato il team. “Fondamentalmente, se i buchi neri ne sono costituiti, accoppiata all’Universo che abitano, ha cessato di essere solo una questione teorica”, ha concluso Tarlé. “Questa è ora una questione sperimentale”.