Oggetti di energia oscura potrebbero influenzare l’espansione dell’universo (ed esserne influenzati)
Stelle molto grandi potrebbero collassare in quelli che potrebbero essere chiamati genericamente oggetti di energia oscura (GEODE) che sembrano essere buchi neri se visti dall'esterno ma, a differenza dei buchi neri, contengono energia oscura invece di una singolarità.
Nel 1966, Erast Gliner, un giovane fisico dell’Istituto fisico-tecnico Ioffe di Leningrado, propose l’ipotesi che stelle molto grandi potrebbero collassare in quelli che ora potrebbero essere chiamati genericamente oggetti di energia oscura (GEODE) che sembrano essere buchi neri se visti dall’esterno ma, a differenza dei buchi neri, contengono energia oscura invece di una singolarità.
Si tratta del presupposto da cui sono partiti i ricercatori per un lavoro effettuato presso l’Università delle Hawaii a Manoa.
i fisici di solito presumono che un sistema cosmologicamente grande, come l’universo, sia insensibile ai dettagli dei piccoli sistemi al suo interno. L’astrofisico Kevin Croker e il matematico Joel Weinerhanno identificato e corretto un sottile errore che è stato fatto quando si sono applicate le equazioni di Einstein per modellare l’espansione dell’universo, mostrando che questa ipotesi può fallire per gli oggetti compatti che rimangono dopo il collasso e l’esplosione di stelle molto grandi.
“Per 80 anni, abbiamo generalmente operato supponendo che l’universo, a grandi linee, non fosse influenzato dai particolari dettagli di nessuna piccola regione“, ha detto Croker. “Ora è chiaro che la relatività generale può collegare in modo osservabile stelle collassate – regioni delle dimensioni di Honolulu – al comportamento dell’universo nel suo insieme, oltre mille miliardi di miliardi di volte più grande“.
Croker e Weiner hanno dimostrato che il tasso di espansione dell’universo può essere sensibile al contributo medio di tali oggetti compatti. Allo stesso modo, gli oggetti stessi possono essere collegati all’espansione dell’universo, guadagnando o perdendo energia a seconda della composizione degli oggetti. Questo risultato è significativo poiché rivela connessioni inaspettate tra gli oggetti cosmologici fisici e compatti che, a loro volta, portano a molte nuove previsioni osservative.
Oggetti come Powehi, l’oggetto compatto supermassiccio recentemente ripreso al centro della galassia M87 (immagine di copertina), potrebbero in realtà essere degli esempi di GEODE.
Il GEODE Powehi, mostrato in scala, dovrebbe essere circa i 2/3 del raggio della regione oscura immaginata dall’Event Horizon Telescope. Questa è quasi la stessa dimensione prevista per un buco nero. La regione contenente energia oscura (verde) è leggermente più grande di un buco nero della stessa massa. Le proprietà di qualsiasi crosta (viola), se presente, dipendono dal particolare modello del GEODE. (Collaborazione EHT; NASA / CXC / Villanova University)
Una conseguenza di questo studio è che il tasso di espansione dell’universo fornisce informazioni su ciò che accade alle stelle alla fine della loro vita. Gli astronomi in genere presumono che grandi stelle formino buchi neri quando muoiono, ma questo non è l’unico risultato possibile.
Nel 1998, due team indipendenti di astronomi hanno scoperto che l’espansione dell’Universo sta accelerando, in linea con la presenza di un contributo uniforme di Energia Oscura. Non è stato riconosciuto, tuttavia, che i GEODE potrebbero contribuire nel modo che abbiamo detto. Con il formalismo corretto, Croker e Weiner hanno dimostrato che se una frazione delle stelle più antiche fosse collassato in oggetti GEODE, anziché in buchi neri, il loro contributo medio attuale produrrebbe naturalmente l’energia oscura uniforme richiesta.
I risultati di questo studio si applicano anche ai sistemi di stelle doppie in collisione osservabili attraverso le onde gravitazionali dalla collaborazione LIGO-Virgo. Nel 2016, LIGO ha annunciato la prima osservazione di quello che sembrava essere un sistema a doppio buco nero in collisione. Ci si aspettava che esistessero tali sistemi, ma la coppia di oggetti era inaspettatamente pesante, circa 5 volte più grande delle masse del buco nero previste nelle simulazioni al computer.
Croker e Weiner hanno provato a valutare se LIGO-Virgo avesse osservato doppie collisioni GEODE, anziché doppie collisioni di buchi neri. Hanno scoperto che i GEODE si espandono insieme all’universo durante il periodo che porta a tali collisioni. Quando si verificano le collisioni, le masse GEODE risultanti diventano da 4 a 8 volte più grandi, approssimativamente in accordo con le osservazioni LIGO-Virgo.
Croker e Weiner sono stati attenti a separare il loro risultato teorico dal supporto osservativo di uno scenario GEODE, sottolineando che “i buchi neri non sono certamente morti. Ciò che abbiamo dimostrato è che se i GEODE esistono, allora possono facilmente dare origine a fenomeni osservati che attualmente mancano di spiegazioni convincenti. Prevediamo numerose altre conseguenze osservative di uno scenario GEODE, inclusi molti modi per escluderlo. Abbiamo appena iniziato a grattare la superficie“.
