I buchi neri primordiali sono davvero gravitini giganti?

Come sono nati questi immensi buchi neri? Un nuovo studio prova a rispondere a questa domanda: i primi buchi neri non si sono formati a partire dalle prime stelle ma da ammassi di particelle esotiche chiamate gravitini, sopravvissuti al caos del Big Bang

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Non sappiamo come sono nati i buchi neri supermassicci, e forse per spiegare la loro presenza già dagli albori dell’universo occorrerà sviluppare una nuova fisica.

Come sono nati questi immensi buchi neri? Un nuovo studio prova a rispondere a questa domanda: i primi buchi neri non si sono formati a partire dalle prime stelle ma da ammassi di particelle esotiche chiamate gravitini, sopravvissuti al caos del Big Bang.

Oggi, fondamentalmente conosciamo due tipologie di buchi neri, i buchi neri cosiddetti stellari e i buchi neri giganti o supermassicci che si trovano al centro di quasi tutte le galassie dell’universo.

Anche la nostra galassia, la Via Lattea, ne ha uno nel suo denso nucleo ricco di stelle e polveri, un mostro da 4 milioni di masse solari, chiamato Sagittario A *.

Se è vero che i buchi neri presenti nel nostro universo spesso offrono uno spettacolo meraviglioso che ci aiuta a capire l’evoluzione delle galassie, è anche vero che la loro presenza, riscontrata fin dalle origini del cosmo, è inspiegabile.



Cos’ha prodotto questi oggetti incredibilmente densi, massicci e dotati di una forza gravitazionale che non permette nemmeno alla luce di sfuggirgli? Come potevano esistere oggetti simili nemmeno un miliardo di anni dopo il Big Bang?

Per quanto ne sappiamo, i buchi neri si formano dopo il collasso di stelle di almeno 10 masse solari. In tutte le stelle il processo di fusione nucleare mantiene acceso il loro “fuoco”, opponendosi alla forza di gravità che tende a concentrare tutta la materia dell’astro in un volume ridotto. Quando una stella termina il combustibile che le consente di contrastare la propria forza gravitazionale,  tutta la materia dell’astro collassa verso il suo centro generando una singolarità.

Ma questo non è sufficiente, per diventare buchi neri giganti, i buchi neri appena nati devono fondersi con altri buchi neri e / o catturare quanto più gas possibile, aumentando la loro massa di milioni di masse solari.

Tutto questo va molto oltre i confini della fisica conosciuta. Per fortuna, i fisici teorici sono al lavoro per andare molto oltre gli attuali confini della fisica conosciuta. Uno di questi esempi è chiamato supersimmetria ed è un tentativo di spiegare alcuni dei meccanismi interni del mondo delle particelle sia di prevedere l’esistenza di nuove particelle.

Nella supersimmetria, ogni particella del Modello Standard è accoppiata a un partner. La ragione di questo accoppiamento è una simmetria fondamentale che si trova nel profondo della matematica che potrebbe descrivere la natura. Ma questa simmetria è rotta, quindi le particelle supersimmetriche hanno masse incredibilmente elevate, così alte da poter apparire solo nelle reazioni a più alta energia dell’universo. Finora, non abbiamo trovato alcuna prova per particelle supersimmetriche negli esperimenti effettuati con gli acceleratori di particelle.

Mentre la ricerca va avanti, i teorici studiano i vari modelli e le possibilità della supersimmetria. In uno di questi modelli, c’è una particella nota come gravitino. Il gravitino è la particella partner supersimmetrica del gravitone, che a sua volta è l’ipotetica particella che trasporta la forza di gravità.

L’esistenza del gravitino è altamente speculativa e non si basa su alcuna prova esistente. Tuttavia alcuni modelli conferiscono al gravitino delle proprietà molto particolari che li rendono ideali per la formazione di buchi neri.

Ben prima che apparissero le prime stelle e galassie, il nostro universo era dominato dalle radiazioni: la luce ad alta energia inondava il cosmo. In quell’era estremamente caotica i buchi neri che si formavano casualmente dovevano farlo molto velocemente. E una volta formati dovevano mantenere la loro stabilità in quanto evaporano attraverso un processo quantistico noto come radiazione di Hawking, e buchi neri piccoli (ad esempio, quelli formati attraverso un processo subatomico esotico) possono scomparire rapidamente prima che abbiano la possibilità di aumentare le loro dimensioni fino a diventare buchi neri supermassicci.

Secondo un articolo pubblicato sulla rivista di pre stampa arXiv  l’universo primordiale ad alta energia avrebbe potuto avere le giuste condizioni per popolare l’universo di gravitini. A causa delle loro proprietà uniche (in particolare, la loro capacità di attrarsi rapidamente a vicenda gravitazionalmente), potrebbero formare molto rapidamente microscopici buchi neri.

Col passare del tempo questi buchi neri microscopici potrebbero crescere abbastanza da nutrirsi della radiazione circostante prima di soccombere all’evaporazione di Hawking. Una volta eliminata la radiazione, potrebbero essere abbastanza massicci da continuare a raccogliere materia attraverso normali processi astrofisici, diventando i semi per i primi buchi neri giganti.

Questa per ora è solo un’ipotesi, ma per ora è forse la migliore in circolazione per spiegare l’esistenza di buchi neri milioni o miliardi di volte più massicci di una stella .

Fonte: https://www.space.com/primordial-black-holes-giant-gravitinos

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