E se l’universo fosse un buco nero?

Due ricercatori hanno sviluppato una rappresentazione grafica dell'intero universo scoprendo che il nostro universo è simile per massa e struttura a un buco nero

Se potessi tracciare tutto nell’universo su un unico grafico, lo faresti? Ora che qualcuno lo ha fatto, i risultati sollevano alcune domande molto intriganti e forse un po’ inquietanti.

Un team di scienziati che ha mappato l’intero universo ha scoperto che il nostro universo è simile per massa e struttura a un buco nero.

Il grafico è opera del dottor Charles Lineweaver e dello studente laureato Vihan Patel. I due hanno usato un grafico log-log, perché nient’altro poteva coprire i molti ordini di grandezza sia in termini di dimensioni che di massa tra il molto piccolo e il molto grande. Alcune aree sono “proibite” da leggi conosciute come la gravità, altre rappresentano il dominio dove “la meccanica quantistica offusca la natura stessa di ciò che significa realmente essere un oggetto singolare”, come ha affermato Patel in una nota.


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Forse la parte più significativa del grafico è la linea nera che separa l’area contrassegnata come “proibita dalla gravità” dallo spazio popolato da oggetti familiari. Lungo questa linea si trovano punteggiati i buchi neri conosciutii. “Maggiore è la massa di un buco nero, minore è la sua densità”, ha spiegato Lineweaver in un’intervista riportata da IFLScience. Sebbene la parte sinistra della linea sia teorica, gli scienziati hanno osservato una gamma di buchi neri di varie dimensioni, dai resti di stelle collassate al più grande buco nero supermassiccio, e questo modello è stabilito e compreso.

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Un grafico logaritmico della massa e del raggio di tutte le categorie di oggetti nell’universo e delle aree proibite attorno ad essi. – Credito immagine: Lineweaver e Patel, American Journal of Physics 2023 ( CC BY 4.0 )

Tuttavia, seguendo la linea verso l’alto apprendiamo che anche l’intero universo osservabile – l’area che si trova all’interno del “raggio di Hubble” è su quella linea. In altre parole, se un buco nero fosse grande quanto l’universo che possiamo vedere, avrebbe la stessa densità dell’universo. Allora l’universo è un buco nero? E se sì, cosa significa?

Lineweaver ha fatto notare a IFLScience che lui e Patel non sono i primi a chiedersi se l’intero universo potrebbe essere un buco nero, sebbene altri siano arrivati ​​all’idea con mezzi diversi. L’idea sembra improbabile, ma i due ricercatori notano che il nostro universo ha sempre avuto le caratteristiche di un bucoi nero. La loro misura di massa include la materia oscura e l’energia oscura (poiché energia e massa sono intercambiabili). Man mano che l’universo all’interno del raggio di Hubble è cresciuto di dimensioni, anche la massa/energia totale è cresciuta grazie all’aumento dell’energia oscura. Il fatto che l’universo apparisse già sulla linea nera miliardi di anni fa, quando il raggio di Hubble era molto più piccolo, rende meno probabile che la sua posizione sulla linea sia una coincidenza.

Lineweaver nota che esiste un orizzonte degli eventi attorno all’universo osservabile, proprio come attorno a un buco nero, e questo è solo uno dei paralleli tra loro.

Lineweaver ha anche sottolineato, però, che il fatto che l’universo sia un buco nero richiede il presupposto che tutto ciò che è al di fuori del raggio di Hubble sia uno spazio Minkowski a densità zero. La maggior parte dei cosmologi, incluso Lineweaver, pensano che questo sia un cattivo presupposto che rende poco chiare le implicazioni del suo grafico. “L’universo potrebbe essere un buco nero rovesciato”, ha aggiunto. Tutto sommato, ritiene che la questione richieda molta più riflessione.

Un ostacolo alla risposta se l’universo sia un buco nero, o almeno qualcosa ad esso correlato, è che non sappiamo come sia l’interno di un buco nero. “Non può esistere nulla a sinistra [della linea del buco nero]“, ha detto Lineweaver. “Ma non è probabile che il centro di un buco nero sia più denso del buco nero stesso? Non sappiamo nulla del centro”. Come hanno sottolineato Stephen Hawking e Roger Penrose, la relatività generale e la meccanica quantistica danno risposte diverse a domande come questa, e la tensione non è stata risolta.

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Come trampolino di lancio verso il grafico sopra, gli autori hanno tracciato l’età dell’universo rispetto alla temperatura, per identificare il momento in cui le cose potrebbero essersi formate. – Credito immagine: Lineweaver e Patel, American Journal of Physics 2023 ( CC BY 4.0 )

Il grafico solleva anche interrogativi sulla natura degli inizi dell’universo. “All’estremità più piccola, il luogo in cui la meccanica quantistica e la relatività generale si incontrano c’è l’oggetto più piccolo possibile: un istante“, ha detto Patel. “Questo grafico suggerisce che l’universo potrebbe essere iniziato come un istante, che ha una dimensione e una massa specifiche, piuttosto che una singolarità, che è un ipotetico punto di densità e temperatura infinite”.

Sebbene il termine “singolarità” sia molto più associato al Big Bang nell’immaginario pubblico, Lineweaver ha detto che le persone dovrebbero acquisire maggiore familiarità con il concetto di istante, che considera il modello più plausibile per le origini dell’universo.

Lo studio è pubblicato ad accesso libero sull’American Journal of Physics.

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