La materia oscura potrebbe essere costituita da buchi neri primordiali

Il Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) ospita molti progetti interdisciplinari. Uno di questi è lo studio dei buchi neri che potrebbero essersi formati nell’universo primordiale.
I buchi neri primordiali (PBH) potrebbero rappresentare tutta o almeno una parte della materia oscura, essere responsabili di alcuni dei segnali emessi dalle onde gravitazionali e seminare buchi neri supermassicci al centro della nostra e di altre galassie. Potrebbero inoltre svolgere un ruolo nella sintesi degli elementi pesanti quando entrano in collisione con stelle di neutroni, rilasciando materiale ricco di neutroni.
In particolare, c’è una possibilità che la misteriosa materia oscura, che rappresenta gran parte della materia nell’universo, sia composta da buchi neri primordiali. Il Premio Nobel per la fisica 2020 è stato assegnato a un teorico, Roger Penrose, e a due astronomi, Reinhard Genzel e Andrea Ghez, per le loro scoperte che hanno confermato l’esistenza dei buchi neri. Poiché è noto che i buchi neri esistono, sono un candidato molto interessante per spiegare la materia oscura.
I recenti progressi nella teoria fondamentale, nell’astrofisica e nelle osservazioni astronomiche alla ricerca di buchi neri primordiali sono stati compiuti da un team internazionale di fisici delle particelle, cosmologi e astronomi, inclusi i membri dell’IPMU del Kavli Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada e Volodymyr Takhistov.
Il team di ricerca ha esaminato l’universo primordiale alla ricerca di indizi. L’universo primordiale era così denso che qualsiasi fluttuazione di densità positiva superiore al 50 percento avrebbe creato un buco nero primordiale. Tuttavia, le perturbazioni cosmologiche che hanno seminato le galassie sono molto più piccole. Ma una serie di processi nell’universo primordiale avrebbero potuto creare le giuste condizioni per la formazione dei buchi neri.
Una possibilità interessante è che i buchi neri primordiali possano formarsi dagli “universi neonati” che verrebbero creati durante l’inflazione, un periodo di rapida espansione che si ritiene sia responsabile delle strutture che osserviamo oggi, come galassie e ammassi di galassie. Durante l’inflazione, gli universi neonati possono diramarsi dal nostro universo. Un universo neonato finirebbe per collassare, diventando un buco nero.
Un destino ancora più peculiare attende un universo neonato più grande. Se è più grande di una certa dimensione critica, la teoria della gravità di Einstein consente all’universo neonato di esistere in uno stato che appare diverso se l’osservatore si trova al suo interno o al suo esterno. Un osservatore all’ interno lo vede come un universo in espansione, mentre un osservatore esterno lo vede come un buco nero. In entrambi i casi, gli universi neonati grandi e piccoli sono visti da noi come buchi neri primordiali, che nascondono la struttura sottostante di universi multipli dietro i loro “orizzonti degli eventi”. L’orizzonte degli eventi è un confine al di sotto del quale tutto, anche la luce è intrappolata al suo interno.
Nell’articolo, il team ha descritto un nuovo scenario per descrivere la formazione dei buchi neri primordiali e ha mostrato che i buchi neri primordiali dello scenario “multiverso” possono essere trovati utilizzando l’Hyper Suprime-Cam (HSC) del Subaru Telescope da 8,2 m, una gigantesca fotocamera digitale – gestita dal Kavli IPMU situata vicino alla vetta del Monte Mauna Kea alle Hawaii. Il loro lavoro è un’entusiasmante estensione della ricerca HSC dei PBH di Masahiro Takada, investigatore principale dell’IPMU Kavli. Il team HSC ha recentemente segnalato i principali vincoli sull’esistenza dei buchi neri primordiali a Niikura, Takada et. al. Nature Astronomy 3, 524-534 (2019).
L’HSC è importante in questa ricerca perché ha la capacità di visualizzare la galassia di Andromeda ogni pochi minuti. Se un buco nero passa attraverso la linea di visuale con una delle stelle, la gravità del buco nero piega i raggi luminosi e fa apparire la stella più luminosa di prima per un breve periodo di tempo. La durata dell’illuminazione della stella indica agli astronomi la massa del buco nero. Con le osservazioni HSC, si possono osservare simultaneamente cento milioni di stelle, aumentando le probabilità di osservare il fenomeno che un buco nero produce distorcendo la luce di una stella.
Le prime osservazioni HSC hanno già riportato un evento candidato coerente con un buco nero primordiale del “multiverso”, con una massa del buco nero paragonabile alla massa della Luna. Incoraggiato da questo primo segno e guidato dalla nuova comprensione teorica, il team sta portando avanti un nuovo ciclo di osservazioni per estendere la ricerca e fornire un test definitivo per stabilire se i buchi neri primordiali dello scenario “multiverso” possano spiegare tutta la materia oscura.
Fonte: https://scitechdaily.com/all-dark-matter-in-the-universe-could-be-primordial-black-holes-formed-from-the-collapse-of-baby-universes-soon-after-the-big-bang/