Una parte considerevole della materia dell’Universo potrebbe essere costituita da microscopici buchi neri fin dall’alba dei tempi – e potrebbero divorare le stelle dall’interno verso l’esterno, secondo un nuovo studio.
I buchi neri “divorano” le stelle dall’interno?
La ricerca cerca di risolvere il mistero della materia oscura , un’entità sfuggente che si ritiene costituisca l’85% della massa dell’universo, ma che non interagisce con la luce ed è effettivamente invisibile. Sebbene la natura di questa sfuggente materia oscura rimanga un enigma, le idee non mancano.
Un suggerimento interessante è che sia costituito da buchi neri primordiali (PBH). In un nuovo studio pubblicato sul Monthly Notice della Royal Astronomical Society, gli scienziati hanno studiato l’effetto dei PBH quando vengono coinvolti nella formazione delle stelle.
Molti buchi neri si formano quando muoiono stelle massicce. In seguito alle esplosioni di supernova, la materia è così compattata che la sua gravità supera la forza esterna dell’esplosione, causando talvolta il collasso del nucleo della stella precedente in un buco nero. Negli anni ’60 gli scienziati si resero conto che i buchi neri potevano formarsi anche direttamente da regioni estremamente compatte della materia nei primi secondi successivi al Big Bang .
Questi buchi neri primordiali potrebbero avere una massa che va dalla massa di una particella di polvere fino a migliaia di volte la massa del nostro sole. Sebbene ci siano molte domande senza risposta sui PBH, gli scienziati ritengono che potrebbero costituire una parte della massa mancante nell’Universo.
Il primo rilevamento di onde gravitazionali da parte dell’Osservatorio delle onde gravitazionali dell’interferometro laser e della sua controparte, l’interferometro Virgo, ha creato nuove possibilità per studiare questi buchi neri primordiali, ha detto a WordsSideKick.com l’autore principale dello studio Nicolas Esser , un fisico teorico dell’Université Libre de Bruxelles.
Esser e i suoi coautori hanno studiato cosa succede quando i PBH con la massa di un grande asteroide interagiscono con le gigantesche nubi di gas dove si formano le stelle.
Hanno scoperto che i PBH di queste dimensioni, che racchiudono la loro massa in uno spazio non più grande di una goccia di nebbia, potrebbero essere catturati dall’attrazione gravitazionale delle stelle in formazione.
Alcuni di questi PBH avranno orbite che li trascinano direttamente attraverso la stella in formazione; ogni volta che ciò accade, il buco nero perde un po’ di velocità a causa dell’attrito. Dopo molti passaggi attraverso l’interno sempre più denso della stella neonata, i microscopici buchi neri alla fine vengono catturati all’interno della stella.
Le stelle che catturano un PBH in questo modo non vivono una vita normale. Il buco nero inizia a consumare la stella dall’interno , nutrendosi dell’idrogeno che la alimenta e sostiene la fusione nucleare nel nucleo.
È “molto probabile” che dal materiale stellare si formi una nube vorticosa di gas che si muove a spirale verso il buco nero, chiamata disco di accrescimento, ha detto Esser. Non è ancora noto se tutto quel materiale cadrà nel buco nero o causerà un’esplosione, ma ciò potrebbe “portare a tracce dirette di PBH che potrebbero potenzialmente essere rilevate”, ha detto Esser.
Il risultato di questo cannibalismo cosmico: la distruzione, soprattutto tra le stelle più vecchie con circa l’80% della massa del nostro sole. Esser fu sorpreso di scoprire che la probabilità di distruzione per stelle di queste dimensioni era molto più alta che per le stelle più piccole.
Ciò porterebbe a un deficit di stelle più vecchie e più grandi nelle galassie in cui è probabile che esistano PBH. Ciò, a sua volta, aiuterebbe a spiegare la materia oscura perché “le stelle infette si trasformano in buchi neri praticamente invisibili”.
Il posto migliore per cercare questo deficit è nelle galassie nane ultradeboli. Secondo Esser, avere abbastanza stelle consumate dai buchi neri per essere rilevate “richiederebbe un’elevata densità di materia oscura” e che i PBH si muovano lentamente attraverso la galassia ospite per essere catturati dalle stelle in formazione.
“Sulla base delle nostre osservazioni e dei nostri modelli, queste condizioni sono attualmente soddisfatte solo nelle galassie nane ultradeboli.”
“I telescopi spaziali Hubble e James Webb sono entrambi in grado di rilevare questo effetto. Attualmente stiamo esaminando la possibilità che anche il telescopio Euclid sia in grado di rilevarlo”, ha detto Esser. Se il numero di stelle più vecchie e più grandi fosse quello previsto, ciò aiuterebbe gli scienziati a escludere questi PBH di massa asteroidale come materia oscura.
Se non ce ne fossero così tanti come previsto, sarebbe emozionante. “Un deficit di stelle più vecchie nelle galassie nane ultradeboli sarebbe chiaramente un indizio che la materia oscura potrebbe essere costituita da PBH di massa asteroidale”, ha detto Esser, avvertendo che potrebbero esserci altre spiegazioni.
Una tale scoperta potrebbe offrire prove allettanti dell’esistenza dei PBH e potrebbe anche aiutare a spiegare quale potrebbe essere parte della sfuggente materia oscura dell’Universo.
La più grande mappa mai creata dei buchi neri supermassicci attivi dell’Universo
I ricercatori hanno svelato una mappa 3D in movimento di buchi neri supermassicci che copre il più grande volume del nostro universo mai mappato.
La mappa è composta da 1,3 milioni di quasar, che sono nuclei di galassie attive alimentate da buchi neri supermassicci e da alcuni degli oggetti cosmici più luminosi esistenti.
Secondo una dichiarazione rilasciata dalla Simons Foundation di New York, che finanzia e sostiene la ricerca nel campo della scienza e della matematica, la luce emessa dai quasar proviene dall’attrazione gravitazionale del buco nero supermassiccio sulle vicine nubi di gas.
Quando l’attrito riscalda queste nubi, possono formare un disco luminoso e in rapido movimento da cui occasionalmente emettono potenti getti di luce.
La nuova mappa, chiamata Quaia, è un catalogo di quasar basato sui dati raccolti, tra le altre fonti, dal telescopio spaziale Gaia dell’Agenzia spaziale europea . Appare in un nuovo studio pubblicato lunedì (18 marzo) su The Astrophysical Journal.
“Questo catalogo dei quasar è diverso da tutti i cataloghi precedenti in quanto ci fornisce una mappa tridimensionale del volume più grande mai esistito dell’universo”, ha affermato il co-creatore della mappa David Hogg , astrofisico della New York University e ricercatore senior presso l’Università di New York. Il Flatiron Institute della Simons Foundation, ha affermato nella dichiarazione.
“Non è il catalogo con il maggior numero di quasar, e non è il catalogo con le misurazioni di quasar di migliore qualità, ma è il catalogo con il più grande volume totale dell’universo mappato”, ha aggiunto Hogg.
I ricercatori possono imparare molto dai quasar. La loro evoluzione è intrecciata con quella delle galassie che li ospitano, quindi studiarli offre agli scienziati una visione dei misteri di come crescono i buchi neri supermassicci e di come si formano le galassie massicce, secondo lo studio.
Le galassie con quasar sono anche circondate da materia oscura – una sostanza invisibile che si ritiene comprenda l’85% della materia totale dell’universo – che offre ai ricercatori l’opportunità di saperne di più su questa sostanza enigmatica, compreso il modo in cui si aggrega, secondo la dichiarazione. Il modello standard della cosmologia suggerisce che questi ammassi influenzano la distribuzione della materia regolare nell’Universo.
Per tracciare la loro mappa, il team ha combinato i dati del terzo rilascio di dati di Gaia del giugno 2022, che ha segnalato più di 6 milioni di candidati quasar, con i dati del Wide-Field Infrared Survey Explorer della NASA e dello Sloan Digital Sky Survey .
Il telescopio spaziale Gaia mappa la Via Lattea da quando è stato lanciato nel 2013. Sebbene la sua missione sia focalizzata sulla nostra galassia, il telescopio registra anche oggetti al di fuori della Via Lattea, compresi i quasar, secondo la dichiarazione.
“Siamo stati in grado di effettuare misurazioni di come la materia si raggruppa nell’universo primordiale che sono precise quanto quelle di importanti progetti di rilevamento internazionali – il che è piuttosto notevole dato che abbiamo ottenuto i nostri dati come ‘bonus’ dalla Via Lattea focalizzato sul progetto Gaia”, ha affermato l’autrice principale Kate Storey-Fisher , ricercatrice post-dottorato presso il Donostia International Physics Center, un istituto di ricerca in Spagna.
