I “proiettili” dei buchi neri primordiali, che viaggiano a velocità superiori a 7.000 volte la velocità del suono, potrebbero perforare il nostro sistema solare e potrebbero causare una piccola oscillazione nel moto di Marte. In definitiva, misurare questa oscillazione potrebbe aiutare a risolvere uno dei misteri più urgenti della scienza: la vera natura della materia oscura.
I buchi neri primordiali
Gli scienziati ritengono che i buchi neri primordiali siano stati creati all’inizio del tempo. Questi oggetti sono molto diversi dai cosiddetti “buchi neri astrofisici” come Sagittarius A* (Sgr A*) che si trova nel cuore della Via Lattea. Ad esempio, mentre Sgr A* ha una massa di circa 4,3 milioni di volte quella del sole, si ipotizza che i buchi neri primordiali siano circa massicci quanto un asteroide o una piccola luna e siano molto più piccoli degli atomi.
Alcuni scienziati teorizzano anche che conglomerati di questi minuscoli buchi neri potrebbero spiegare la materia oscura , la “roba” più misteriosa dell’universo. Altri, tuttavia, sostengono che i buchi neri primordiali sarebbero evaporati molto tempo fa tramite l’emissione della cosiddetta ” radiazione di Hawking “, il che significa che non possono essere sospettati di materia oscura nell’universo moderno. Ora, un team di fisici propone un modo per risolvere il dibattito: con osservazioni dettagliate di Marte.
Gli scienziati suggeriscono che se i buchi neri primordiali costituiscono davvero la materia oscura , dovrebbero attraversare il sistema solare almeno una volta ogni decennio. Questo sorvolo potrebbe causare un “oscillamento” nell’orbita di Marte che è rilevabile usando la tecnologia attuale, grazie alla nostra precisa documentazione dell’orbita del Pianeta Rosso.
“Grazie a decenni di telemetria di precisione, gli scienziati conoscono la distanza tra la Terra e Marte con una precisione di circa 10 centimetri [3,9 pollici]”, ha affermato in una dichiarazione David Kaiser, membro del team e professore di storia della scienza presso il Massachusetts Institute of Technology di Germeshausen . “Stiamo sfruttando questa regione dello spazio altamente strumentata per cercare di individuare un piccolo effetto.
“Se lo vedessimo, sarebbe una vera ragione per continuare a perseguire questa deliziosa idea che tutta la materia oscura sia composta da buchi neri che si sono generati in meno di un secondo dopo il Big Bang e che hanno attraversato l’universo per 14 miliardi di anni.”
Per capire perché la materia oscura sia un problema così grande per i fisici , considerate che supera di cinque a uno il peso delle particelle “quotidiane”. Ciò significa che ogni stella, pianeta, luna, asteroide, nube di gas, razzo, satellite e astronave che osservate dal vostro telescopio in giardino rappresenta meno del 20% della massa totale dell’universo.
Gli scienziati sanno che la materia oscura non può essere composta da atomi, che sono composti da protoni , neutroni ed elettroni . Questo perché quelle particelle interagiscono con la luce o, più precisamente, con la radiazione elettromagnetica . La materia oscura non interagisce con la luce, o se lo fa, questa interazione avviene così debolmente che è impercettibile. Ciò rende la materia oscura effettivamente invisibile a noi.
Piuttosto, gli scienziati possono solo dedurre l’esistenza della materia oscura attraverso la sua interazione con la gravità e da come questa interazione influenza la luce e la materia ordinaria, come i 642 milioni di trilioni di tonnellate metriche di materia che compongono Marte!
Finora, la ricerca di candidati alla materia oscura si è concentrata su particelle finora sconosciute. Tuttavia, man mano che queste ricerche diventano più sofisticate (ma si rivelano comunque a mani vuote ), gli scienziati si stanno sempre più rivolgendo a un’idea formulata per la prima volta negli anni ’70: la materia oscura potrebbe non essere affatto una particella, ma piuttosto minuscoli buchi neri rimasti dal Big Bang.
Questi buchi neri primordiali non si formerebbero dal collasso di stelle massicce come fanno i buchi neri di massa stellare , né formerebbero una catena di fusione di coppie di buchi neri sempre più massicci come fanno i buchi neri supermassicci . Invece, i buchi neri primordiali, se esistono, si sarebbero formati da dense sacche di gas nell’universo primordiale, con la rapida espansione del cosmo che li distribuisce nello Spazio.
La riflessione sull’impatto gravitazionale di un buco nero così primordiale è iniziata con una riflessione oziosa.
“Credo che qualcuno mi abbia chiesto cosa succederebbe se un buco nero primordiale attraversasse un corpo umano”, ha affermato in una dichiarazione il capo del team Tung Tran, studente laureato presso la Stanford University .
Da questa domanda, Tran ha calcolato che se un buco nero con la massa di un asteroide passasse a circa 3,2 piedi (1 metro) da una persona, la forza che afferma spingerebbe quella persona di 20 piedi (6 metri) in un solo secondo. Quindi, perché per fortuna questo non accade mai?
Btene, Tran ha anche scoperto che le probabilità che un buco nero primordiale passi da qualche parte vicino a una persona sulla Terra sono infinitesimamente piccole.
Suscitato interesse, Tran ragionò che per aumentare le probabilità che si verificasse una tale interazione, ci sarebbe stato bisogno di un oggetto di dimensioni e larghezza molto maggiori di una persona. Ma, più massiccio era il corpo, più piccolo sarebbe stato l’effetto.
Calcolando la velocità dei passaggi dei buchi neri primordiali e tenendo conto della massa di questi candidati alla materia oscura, pari a quella di un asteroide, il team ha quindi dedotto che questi minuscoli buchi neri avrebbero attraversato il sistema solare alla sbalorditiva velocità di 8,5 milioni di chilometri orari, ovvero circa 7.000 volte superiore alla velocità del suono.
Concentrandosi sugli “incontri ravvicinati” tra questi buchi neri in corsa e i corpi del sistema solare, il team ha scoperto che Marte in realtà rappresenta un bersaglio migliore della Terra o della Luna, almeno uno che dipinge un quadro migliore delle interazioni a cui il team è interessato.
Il team ha scoperto che se un buco nero primordiale passasse a circa poche centinaia di milioni di miglia da Marte, causerebbe una deviazione nell’orbita del Pianeta Rosso . Per mettere in prospettiva quanto sia piccola, Marte si trova a oltre 140 milioni di miglia dalla Terra, una distanza che è ben 225 trilioni di volte maggiore dell’effetto proposto.
Nonostante ciò, il team ritiene che gli strumenti che attualmente monitorano Marte sarebbero effettivamente in grado di individuare una deviazione così piccola.
Anche se questa deviazione venisse rilevata nei prossimi decenni, gli scienziati dovrebbero comunque confermare che è stata effettivamente causata da un buco nero primordiale e non da un asteroide di passaggio con la stessa massa.
“Abbiamo bisogno di quanta più chiarezza possibile sugli sfondi previsti, come le velocità e le distribuzioni tipiche delle rocce spaziali noiose, rispetto a questi buchi neri primordiali”, ha affermato Kaiser. “Fortunatamente per noi, gli astronomi hanno seguito per decenni le rocce spaziali ordinarie mentre attraversavano il nostro sistema solare, così abbiamo potuto calcolare le proprietà tipiche delle loro traiettorie e iniziare a confrontarle con i tipi molto diversi di percorsi e velocità che i buchi neri primordiali dovrebbero seguire”.
“È un test molto interessante quello che hanno proposto, e potrebbe dirci se il buco nero più vicino è più vicino di quanto pensiamo”, ha affermato nella dichiarazione Matt Caplan, professore associato di fisica presso l’Illinois State University, che non è stato coinvolto nello studio.
“Vorrei sottolineare che c’è anche un pizzico di fortuna. Che una ricerca trovi o meno un segnale forte e chiaro dipende dal percorso esatto che un buco nero vagante compie attraverso il sistema solare.
“Ora che hanno verificato questa idea con le simulazioni, devono fare la parte difficile: verificare i dati reali”. La ricerca del team è stata pubblicata martedì (17 settembre) sulla rivista Physical Review D.