Caccia ai mini buchi neri

L’universo potrebbe ospitare minuscoli buchi neri antichissimi. E i ricercatori potrebbero essere in grado di dimostrarlo.
I mini buchi neri, teorizzati decenni or sono, si sarebbero formati nelle prime fasi dell’esistenza dell’universo. I ricercatori li hanno proposti per spiegare la materia oscura, una sostanza invisibile che forma una ragnatela enorme che esercita un’attrazione gravitazionale sulle galassie e gli ammassi di galassie.
La maggior parte delle spiegazioni che giustificano la materia oscura coinvolgono particelle ipotetiche con proprietà speciali e molto elusive. Ma alcuni ricercatori ritengono che sciami di mini buchi neri che si muovono come nuvole nello spazio offrano una spiegazione più chiara. Ora, un nuovo studio spiega da dove potrebbero provenire questi PBH acronimo di Primordial Black Hole, mini buchi neri appunto e come gli astronomi potrebbero rilevare il loro comportamento fin dalla loro nascita.
Un buco nero è un oggetto con un campo gravitazionale così intenso da non lasciare sfuggire né la materia, né la radiazione elettromagnetica, ovvero, da un punto di vista relativistico, una regione dello spaziotempo con una curvatura sufficientemente grande che nulla può fuggire dal suo interno.
I buchi neri, secondo la teoria della relatività di Einstein, possono esistere a qualsiasi scala; comprimete un granello di sabbia con la giusta pressione ed esso collasserà in un buco nero proprio come una stella, con un’unica differenza, sarà incredibilmente minuscolo. La maggior parte delle teorie sui buchi neri primordiali presumono che questi oggetti abbiano masse paragonabili a piccoli pianeti, con orizzonti degli eventi piccoli come un pompelmo. L’idea sembra assurda, ai margini della fisica che governa i buchi neri e costituenti dell’universo ancora da svelare come la materia oscura.
Se i buchi neri primordiali esistono, devono essere molto vecchi. Nell’universo attuale esistono due tipologie di buchi neri: i buchi neri di origine stellare e i buchi neri supermassicci. I primi si formano quando una stella che collassa supera una certa massa, i secondi si formano con altri tipi di processi che ne aumentano la massa fino a milioni di volte quella del Sole.
La creazione dei mini buchi neri richiede tutta un’altra serie di meccanismi e ingredienti che erano disponibili all’epoca del Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa.
Subito dopo il Big Bang l’universo neonato in espansione era pieno di materia calda e densa in gran parte indifferenziata che si espandeva in tutte le direzioni. C’erano piccole sacche di turbolenza visibili ancora oggi come fluttuazioni nel Cosmic Microwave Background (CMB), il bagliore residuo del Big Bang, e quelle fluttuazioni hanno dato origine la struttura dell’universo che conosciamo.
“Se è un po ‘più denso nel punto A, allora la materia è attratta gravitazionalmente dal punto A”, ha detto Neilsen. “E nel corso della storia dell’universo, quell’attrazione fa sì che gas e polvere cadano verso l’interno, si uniscano, collassino e formino stelle, galassie e tutte le strutture dell’universo che conosciamo”.
La maggior parte delle teorie PBH comportano fluttuazioni molto intense nell’universo primordiale, più intense di quelle che hanno dato vita alle galassie. Nel nuovo articolo, i ricercatori collocano quelle intense fluttuazioni durante un periodo noto come “inflazionistico”. Nei primi mille miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di secondo dopo il Big Bang, l’universo si è espanso esponenzialmente. La rapida espansione iniziale ha dato allo spazio-tempo la sua attuale forma “piatta”, e probabilmente ha impedito allo spazio di incurvarsi su se stesso e collassare nuovamente.
La maniera più semplice per dimostrare l’esistenza dei mini buchi neri primordiali, secondo i ricercatori, è dimostrare che questa teoria è corretta è cercare le “onde gravitazionali secondarie” (SGW) che echeggiano nell’universo. Queste onde, molto più deboli delle onde gravitazionali prodotte dalla collisione di buchi neri, risuonerebbero dalle stesse perturbazioni che hanno formato i PBH. In futuro, per rilevare queste deboli onde, potremo utilizzare due metodi.
Array di temporizzazione delle pulsar. Lo spazio è pieno di stelle di neutroni note come pulsar che inviano lampi di energia verso la Terra mentre ruotano. Le pulsar sono come orologi celesti precisi e prevedibili, ma i loro segnali possono essere distorti dalle onde gravitazionali. Un’onda gravitazionale secondaria che passa tra la Terra e una pulsar deformerebbe lo spazio-tempo, facendo arrivare il battito della pulsar in anticipo o in ritardo in modi che una matrice di temporizzazione della pulsar potrebbe rilevare.
C’è un problema con questo piano però: gli array di temporizzazione Pulsar si baserebbero sul rilevamento preciso dei battiti delle pulsar che emettono onde radio . E uno dei rilevatori radio più importanti al mondo, il gigantesco radiotelescopio di Arecibo a Porto Rico, è stato chiuso.
Ma anche se un esperimento di temporizzazione della pulsar di alta qualità non funzionasse nei prossimi 15 anni, la prossima generazione di rilevatori di onde gravitazionali dovrebbero essere abbastanza sensibili da captare queste onde gravitazionali secondarie.
In questo momento, i rilevatori di onde gravitazionali sono sepolti sottoterra, alla ricerca di fluttuazioni nello spazio-tempo misurando i cambiamenti nel tempo di viaggio della luce su lunghe distanze. Ma altri effetti, piccoli terremoti, onde che si infrangono contro spiagge lontane possono confondere il segnale. Nel 2034, l’Agenzia spaziale europea prevede di lanciare la Laser Interferometer Space Antenna (LISA), un rilevatore di onde gravitazionali spaziale molto più sensibile che evita queste insidie. E LISA, hanno scritto gli autori, dovrebbe essere in grado di captare le onde gravitazionali secondarie.
Una rilevazione di questo tipo, hanno spiegato gli autori, proverebbe che i PBH rappresentano la maggior parte (se non tutta) la materia oscura nell’universo.
Fonte: https://www.livescience.com/primordial-black-holes-hunt.html