Un team di ricercatori vuole studiare i primissimi istanti di vita dell’universo attraverso l’analisi delle onde gravitazionali emesse dalla fusione tra ipotetici buchi neri primordiali.
I buchi neri primordiali, si sarebbero formati una frazione di secondo dopo il Big Bang. In quella frazione di secondo lo spazio non era completamente omogeneo, alcune aree erano più dense e più calde di altre e queste regioni avrebbero potuto collassare in buchi neri primordiali.
Nel settembre 2020, la collaborazione LIGO / Virgo ha annunciato di aver rilevato il segnale binario di onde gravitazionali più massiccio osservato fino ad oggi, che hanno denominato GW190521. Il segnale sarebbe stato emesso dalla fusione di due buchi neri.
I ricercatori dell’Université de Genève, Technion, Sapienza University e INFN hanno riesaminato ulteriormente i dati LIGO / Virgo proponendo una spiegazione alternativa per l’evento noto come GW190521.
Nel loro studio, pubblicato su Physical Review Letters, hanno ipotizzato che l’evento GW190521 possa essere riconducibile alla fusione di due oggetti ancora più misteriosi dei buchi neri, a produrre le onde gravitazionali rilevate da LIGO sarebbero stati due buchi neri primordiali.
Cosa sono i buchi neri primordiali
I buchi neri primordiali si sarebbero formati quando l’universo neonato attraversava un processo noto come inflazione e tanto più tardi si sarebbero formati in questo breve lasso di tempo, tanto più massicci sarebbero diventati.
l’inflazione è una teoria che ipotizza che l’universo, poco dopo il Big Bang, abbia attraversato una fase di espansione estremamente rapida, dovuta a una pressione negativa. Si ritiene che l’inflazione sia avvenuta intorno a 10×10−35 s dal Big Bang, sia durata intorno a 10−30 s e abbia accresciuto il raggio dell’universo di un fattore enorme.
L’ipotesi più accreditata è che l’inflazione sia stata generata da un campo di energia chiamato inflatone, originato da uno stato instabile dovuto alla non immediata rottura spontanea della simmetria delle forze fondamentali dopo una transizione di fase quantistica.
il campo generato dalla particella inflatone, caratterizzato da una grande energia, avrebbe assunto il ruolo di costante cosmologica, provocando l’espansione quasi esponenziale dell’universo.
In base alla loro epoca di formazione, i buchi neri primordiali potrebbero avere una massa compresa tra 100 mila volte inferiore a quella di una graffetta e 100 mila volte quella del Sole.
I buchi neri primordiali sono reali?
L’articolo scritto dai ricercatori dell’Université de Genève, Technion, Sapienza University e INFN, nato dall’osservazione della collaborazione LIGO / Virgo del cosiddetto evento GW190521 sostiene che il buco nero più massiccio risulta far parte di una gamma di masse in cui gli argomenti astrofisici sono carenti nello spiegare la natura astrofisica di un tale buco nero.
L’ obiettivo principale dello studio era capire se l’evento potrebbe essere spiegato dalla fusione di buchi neri primordiali. Per capire se il segnale può essere associato ai buchi neri primordiali, si può calcolare la velocità con cui questi misteriosi oggetti si fondono per produrre onde gravitazionali.
Successivamente, si devono confrontare le previsione con il tasso di fusione che sarebbe necessario per spiegare il segnale osservato.
“Abbinando tale previsione alla velocità osservata necessaria per spiegare l’evento GW190521, abbiamo trovato i parametri dello scenario [che erano] necessari e abbiamo verificato se sfuggivano ai vincoli attuali di altri esperimenti, ad esempio quelli del fondo cosmico a microonde (CMB) vincoli”, ha spiegato Antonio Riotto, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. “In effetti, risulta che l’evento GW190521 può essere spiegato dalla nostra ipotesi iniziale del buco nero primordiale”.
I ricercatori hanno dimostrato che l’evento GW190521 osservato dalla collaborazione LIGO / Virgo potrebbe essere teoricamente spiegato dalla fusione di buchi neri primordiali.
In futuro, il loro lavoro potrebbe essere utile ad altri studi che intendono confermare l’esistenza di buchi neri primordiali. I ricercatori inoltre intendono esplorare la possibilità che altri eventi rilevati dalla collaborazione LIGO / Virgo siano stati prodotti dalla fusione di buchi neri primordiali.
“Come parte dello sforzo in corso per stabilire l’esistenza di buchi neri primordiali utilizzando i dati attuali e futuri delle onde gravitazionali, abbiamo organizzato un seminario che mette insieme scienziati che studiano i buchi neri delle comunità primordiali e astrofisiche, nonché membri della collaborazione LIGO / Virgo, con l’obiettivo di creare sinergie tra esperti di diversi campi”, ha detto Gabriele Franciolini, un altro ricercatore coinvolto nello studio. “Con più di 300 partecipanti, la grande partecipazione dimostra l’interesse molto diffuso della comunità scientifica per questa entusiasmante linea di ricerca”.
