Una frattura nel cosmo? Forse individuata una stringa cosmica nei pressi del buco nero al centro della nostra galassia

Una stringa cosmica sarebbe un filamento di energia grezza, che, secondo alcune teorie, potrebbe infiltrarsi nello spaziotempo

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Una stringa cosmica sarebbe un filamento di energia grezza, che, secondo alcune teorie, potrebbe infiltrarsi nello spaziotempo.

Al momento del Big Bang, il nostro universo si è improvvisamente dilatato, espandendosi a una velocità fantastica mentre si raffreddava, forse incrinando il tessuto dell’universo.

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Queste stringhe cosmiche, viste matematicamente come fili invisibili di pura energia, sono più sottili di un atomo ma lunghi anni luce. L’enorme quantità di energia che contengono li rende anche estremamente pesanti: pochi centimetri potrebbero pesare quanto l’Everest.

Tuttavia, le stringhe potrebbero essersi state formate con un’energia troppo bassa per emettere qualsiasi segnale “rilevabile nel prossimo futuro”. Secondo Cahal O’Connell è possibile che le antiche corde cosmiche abbiano irradiato la loro energia e sono svanite nel nulla molto rapidamente dopo il Big Bang.

Una stringa cosmica è un circuito unidimensionali teorico che si pensa si sia formato quando regioni dello spazio-tempo con proprietà diverse si sono messe in contatto durante le primissime fasi dell’universo.

Si pensa che le strimghe siano sottili come un protone, ma con una densità estremamente alta. Come tali hanno forze gravitazionali molto elevate e possono agire come lenti gravitazionali cilindriche, producendo doppie immagini delle galassie lontane. Potrebbe essere possibile scoprire le stringhe cosmiche cercando coppie di galassie identiche.

Il teorico britannico Field Kibble, scomparso nel giugno 2016, ha creato l’idea delle corde cosmiche nel 1976. “Stava meditando,” scrive O Connell, “circa la prima frazione di secondo dopo il Big Bang quando l’universo ha subito una rapida espansione, quindi ha cominciato a raffreddarsi rapidamenteQuesto, secondo lui, ha causato un cambiamento di fase nei campi quantici, come il congelamento dell’acqua in ghiaccio. Kibble ipotizzò che le variazioni della fase quantistica nell’universo primordiale avessero causato l’allineamento dei campi in diversi orientamenti, causando di nuovo crepe, cioè le stringhe cosmiche.

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Kibble predisse l’esistenza di una particella fondamentale che impartisce massa a tutti le altre, ora conosciuta come bosone di Higgs.

Kibble trascorse gran parte della sua successiva carriera a contemplare come, dopo il Big Bang, l’universo si sia raffreddato e sia passato attraverso successive transizioni di fase. Inoltre, ha predetto che sarebbero emersi difetti topologici nell’universo ad ogni transizione di fase, simile alle crepe che si formano nel ghiaccio.

Le stringhe cosmiche, tuttavia, sono particolarmente problematiche da provare. Potrebbero apparire solo ai margini di vaste regioni grandi quanto l’universo osservabile. Ecco perché, nello schema originale di Kibble del 1976, scrisse che “cercare direttamente le stringhe cosmiche sarebbe inutile“.

È stata scoperta una stringa cosmica?

Nel 2016: Farhad Yusef-Zadeh, della Northwestern University, ha riportato la scoperta di un insolito filamento vicino al centro della Via Lattea effettuata con il Very Large Array (VLA) di Karl G. Jansky della NSF. Il filamento ha una lunghezza di circa 2,3 anni luce e si curva intorno al buco nero supermassiccio, chiamato Sagittario A * (Sgr A *), situato nel centro Galattico.

Un altro gruppo di astronomi ha utilizzato una tecnica pionieristica per produrre l’immagine di alta qualità di questo oggetto curvo. “Ora possiamo seguire questo filamento molto più vicino al buco nero centrale della Galassia, ed è ora abbastanza vicino da indicarci che deve nascere lì“, ha detto Mark Morris dell’Università della California, Los Angeles, che ha condotto lo studio e usa osservatori radio, infrarossi e raggi X per studiare il Centro Galattico “Tuttavia, abbiamo ancora molto lavoro da fare per scoprire qual è la vera natura di questo filamento“.

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Le tre spiegazioni principali per il filamento

La prima ipotesi è il filamento sia causato da particelle ad alta velocità espulse dal buco nero supermassiccio. Un buco nero rotante accoppiato con una spirale di gas verso l’interno può produrre una torre verticale rotante di campo magnetico che si avvicina, o addirittura vi penetra, all’orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno per la materia in caduta. All’interno di questa torre, le particelle vengono accelerate e producono emissioni radio mentre si muovono a spirale intorno alle linee del campo magnetico e fluiscono via dal buco nero.

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La seconda possibilità, più fantastica, è che il filamento sia una corda cosmica, oggetto teorico, ancora mai rilevato, oggetti lunghi e estremamente sottili che trasportano correnti di massa ed elettriche. In precedenza, i teorici avevano previsto che le stringhe cosmiche, se esistessero, migrerebbero verso il centro delle galassie. Se la corda si avvicinasse abbastanza al buco nero centrale, potrebbe essere catturata quando una parte della corda attraversa l’orizzonte degli eventi.

L’ultima ipotesi è che la posizione e la direzione del filamento che si allinea con il buco nero sono solo delle sovrapposizioni casuali, e non esiste una reale associazione tra i due. Ciò implicherebbe che stiamo parlando di un filamento come dozzine di altri filamenti noti, trovati più lontano dal centro della Galassia. Tuttavia, è improbabile che una tale coincidenza accada per caso.

Ciascuno degli scenari oggetto di indagine fornirebbe intriganti intuizioni se dimostrati come vero. Ad esempio, se il filamento fosse causato da particelle espulse da Sgr A *, questo rivelerebbe informazioni importanti sul campo magnetico in questo ambiente speciale, dimostrando che è liscio e ordinato piuttosto che caotico.

La seconda opzione, la stringa cosmica, fornirebbe la prima prova della validità di una teoria altamente speculativa con implicazioni profonde per comprendere la gravità, lo spazio-tempo e l’Universo stesso.

La prova per l’idea che le particelle vengano magneticamente allontanate dal buco nero verrebbe dall’osservare che le particelle più lontane da Sgr A * sono meno energiche di quelle vicine. Per confermare l’idea della corda cosmica, si dovrebbe osservare che la corda dovrebbe muoversi ad una frazione elevata della velocità della luce. Le osservazioni di follow-up con il VLA dovrebbero essere in grado di rilevare lo spostamento corrispondente nella posizione del filamento.

Anche se il filamento non fosse fisicamente legato a Sgr A *, la curva nella forma di questo filamento è decisamente insolita. La curva coincide con la forma di Sgr A *, e potrebbe essere causata da un’onda d’urto, simile a un boom sonico, emessa da una stella esplosa che si scontra con i potenti venti che soffiano dalle stelle massicce che circondano il buco nero centrale.

Continueremo a studiarlo finché non avremo una spiegazione solida per questo oggetto“, ha detto il coautore Miller Goss, dell’Osservatorio astronomico nazionale di Socorro, nel New Mexico. “E miriamo a produrre immagini migliori e più rivelatrici.”

All’alba dell’era dell’astronomia dell’onda gravitazionale possiamo finalmente essere in grado di testare l’esistenza di stringhe cosmiche. I rivelatori di onde gravitazionali come LIGO e Virgo potrebbero essere in grado di sentire i suoni e gli schiocchi acuti creati da oggetti come le corde cosmiche mentre si muovono nello spazio.

A settembre 2015, l’Osservatorio gravitazionale dell’onda interferometrica (LIGO) ha rilevato onde gravitazionali che si riverberavano dai buchi neri in collisione, aggiungendo una nuova dimensione alla capacità degli astronomi di esplorare l’universo.

“Quello che succede è come una frusta”, spiega Damour, che ha elaborato l’idea con Vilenkin nel 2000. Un loop di corde cosmiche si muove e rimbalza, alcune parti si alzano alla velocità della luce ed emettono una serie di onde gravitazionali. I due fisici, riferisce Cathal O’Connell, hanno calcolato che una tale raffica potrebbe essere rilevabile da LIGO, ma la difficoltà nel rilevarla sta nel fatto che sarebbe emessa solo in una particolare direzione, come il raggio di una torcia elettrica. LIGO dovrebbe trovarsi proprio nel percorso del raggio.

Il prossimo livello nella ricerca delle stringhe cosmiche, e forse la nostra unica speranza di una risposta definitiva, arriverà con il Laser Interferometer Space Antenna (LISA), un rilevatore di onde gravitazionali orbitante che verrà lanciato nel 2034, con il compito di ascoltare la banda di frequenza tra i toni acuti rilevati da LIGO e i soffi sub-bassi su cui sono sintonizzati gli array di temporizzazione delle pulsar.

Fonte: Cosmos