I piccoli buchi neri primordiali (PBH) sono uno degli argomenti più dii
Scussi in astronomia e cosmologia oggi. Si ritiene che questi ipotetici buchi neri si siano formati subito dopo il Big Bang, risultando da sacche di materia subatomica così dense da aver subito un collasso gravitazionale.
Piccoli buchi neri primordiali: candidati per la materia oscura?
Attualmente, i piccoli buchi neri primordiali sono considerati un candidato per la materia oscura, una possibile fonte di onde gravitazionali primordiali e una soluzione a vari problemi della fisica.Tuttavia, finora non è stato osservato alcun candidato di piccoli buchi neri primordiali definitivo, il che ha portato a proposte su come potremmo trovare questi buchi neri in miniatura.
Ricerche recenti hanno suggerito che le stelle nane e di neutroni di sequenza principale potrebbero contenere al loro interno piccoli PBH che stanno lentamente consumando la loro riserva di gas.
In uno studio recente, un team di fisici ha esteso questa idea per includere una nuova strada per rilevare potenzialmente i piccoli buchi neri primordiali. In pratica, potremmo cercare all’interno di oggetti come pianeti e asteroidi o utilizzare grandi piastre o lastre di metallo per rilevare i PBH alla ricerca di segni del loro passaggio.
Rilevando i microcanali lasciati da questi corpi, gli scienziati potrebbero finalmente confermare l’esistenza dei PBH e far luce su alcuni dei più grandi misteri della cosmologia odierna.
La ricerca è stata condotta da De-Chang Dai, fisico presso la National Dong Hwa University di Taiwan e il Center for Education and Research in Cosmology and Astrophysics (CERCA) della Case Western Reserve University, e da Dejan Stojkovic, fisico del gruppo di fisica delle alte energie e cosmologia presso la State University di New York Buffalo.
L’articolo che descrive in dettaglio le loro scoperte è apparso di recente online ed è in fase di revisione per la pubblicazione sulla rivista Physics of the Dark Universe.
Gli scienziati sono affascinati dai PBH da decenni, da quando gli scienziati russi Igor D. Novikov e Yakov Zeldovich ne hanno previsto l’esistenza nel 1966. Sono stati anche fonte di interesse per Stephen Hawking , il cui lavoro sui piccoli buchi neri primordiali ha portato alla sua scoperta rivoluzionaria nel 1974 che i buchi neri possono evaporare nel tempo.
Mentre i buchi neri più grandi e intermedi impiegherebbero più tempo dell’età attuale dell’Universo (circa 13,8 miliardi di anni) per evaporare, i PBH più piccoli potrebbero averlo già fatto o potrebbero essere in procinto di farlo.
L”interesse per i piccoli buchi neri primordiali ha vissuto una rinascita negli ultimi anni perché fungono da candidati per la materia oscura, una fonte di onde gravitazionali primordiali (GW) e altro ancora. Come la materia oscura, la loro esistenza potrebbe aiutare a risolvere alcuni importanti misteri cosmologici, ma non sono state ancora fatte osservazioni confermate.
Come hanno spiegato De-Chang e Stojkovic a Universe Today via e-mail, questo è ciò che li ha spinti a proporre nuovi metodi di rilevamento: “Se un asteroide , o una luna, o un piccolo pianeta (planetoide) ha un nucleo liquido circondato da una crosta solida, allora un piccolo PBH consumerà il nucleo liquido denso relativamente in fretta (entro settimane o mesi). La crosta rimarrà intatta se il materiale è abbastanza forte da supportare lo stress gravitazionale”.
“Quindi, finiremo con una struttura cava. Se il buco nero centrale viene espulso (a causa di collisioni con altri oggetti), la densità sarà inferiore alla densità usuale di un oggetto roccioso con un nucleo liquido”.
Inoltre, De-Chang e Stojkovic hanno calcolato lo stress gravitazionale che i piccoli buchi neri primordiali genererebbero.Hanno poi confrontato questo con la resistenza alla compressione dei materiali che compongono la crosta di un pianeta, come i minerali silicati (roccia), il ferro e altri elementi. Hanno anche preso in considerazione i materiali più resistenti prodotti artigianalmente, come i nanotubi di carbonio multiparete.
“Abbiamo scoperto, ad esempio, che il granito può supportare strutture cave fino al raggio di 1/10 del raggio terrestre”, ha detto Stojkovic. “Ecco perché dovremmo concentrarci su planetoidi, lune o asteroidi”.
Questi calcoli offrono un mezzo per cercare prove di piccoli buchi neri primordiali nello Spazio e qui sulla Terra. Possibili candidati planetoidi, lune o asteroidi potrebbero essere identificati nel nostro Sistema Solare osservandone la massa e il raggio per fornire stime della loro densità.
Ciò consentirebbe agli astronomi di identificare oggetti potenzialmente cavi per studi di follow-up da parte di sonde, lander e altre missioni spaziali robotiche. In alternativa, raccomandano di costruire sensori per cercare i piccoli buchi neri primordiali rilevandone il passaggio.
Stojkovic ha affermato: “Se un piccolo PBH attraversa un materiale solido, lascerà un lungo tunnel dritto di raggio paragonabile al raggio del PBH. Ad esempio, un PBH da 1023 g dovrebbe lasciare un tunnel con un raggio di 0,1 micron. [Le energie] che tali PBH possono avere sono significative, ma [le energie] che depositano nel materiale sono molto basse. Infatti, un tale PBH può persino attraversare un corpo umano, e non ce ne accorgeremmo nemmeno perché il tessuto del corpo umano ha una tensione molto bassa”.
In questo filone, gli scienziati possono scansionare micro tunnel in materiali comuni che troviamo in giro (come vetro o rocce). Allo stesso tempo, affermano De-Chang e Stojkovic, grandi lastre di metallo lucidato potrebbero essere preparate per questo scopo. Similmente alla rilevazione dei neutrini , queste lastre dovrebbero essere isolate in modo che qualsiasi cambiamento improvviso nelle loro proprietà possa essere registrato.
“Il flusso previsto di questi piccoli buchi neri primordiali è molto piccolo e potremmo finire per non trovare nulla, ma il possibile guadagno nel trovare un PBH sarebbe enorme, soprattutto perché tali esperimenti sarebbero molto economici”, ha affermato Stojkovic.
Come ha aggiunto De-Chang, negli ultimi anni è stato proposto che alcuni buchi neri primordiali possano essere nascosti nelle stelle. Stephen Hawking una volta propose l’idea, che divenne la base di due studi, uno pubblicato nel 2019 e un altro l’anno scorso.
“Si propone anche che i buchi neri primordiali possano irradiare raggi gamma. I forti raggi gamma nell’alone di materia oscura della Via Lattea possono essere un buon indizio dell’esistenza dei buchi neri primordiali”, ha affermato De-Chang.
“La microlente gravitazionale può essere un altro modo per identificare i buchi neri primordiali”.
