L’Universo aveva una vita segreta prima del Big Bang

Il Big Bang potrebbe non essere stato l’inizio dell’Universo, secondo una teoria cosmologica che ha indicato che esso può “rimbalzare” tra fasi di contrazione ed espansione. Se questa teoria è vera, allora potrebbe avere profonde implicazioni sulla natura del Cosmo, inclusi due dei suoi componenti più misteriosi: i buchi neri e la materia oscura.

La vita segreta dell’Universo

Uno studio recente suggerisce che la materia oscura potrebbe essere composta da buchi neri formatisi durante una transizione dall’ultima contrazione dell’Universo all’attuale fase di espansione, avvenuta prima del Big Bang. Se questa ipotesi è vera, le onde gravitazionali generate durante il processo di formazione del buco nero potrebbero essere rilevabili dai futuri osservatori di onde gravitazionali, fornendo un modo per confermare questo scenario di generazione di materia oscura.

Le osservazioni dei movimenti stellari nelle galassie e del fondo cosmico a microonde, un bagliore residuo del Big Bang, indicano che circa l’80% di tutta la materia nell’Universo è materia oscura, una sostanza che non riflette, assorbe o emette luce. Nonostante la sua abbondanza, gli scienziati non hanno ancora identificato di cosa sia composta la materia oscura.

Lo studio

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno esplorato uno scenario in cui la materia oscura è costituita da buchi neri primordiali formati da fluttuazioni di densità che si sono verificate durante l’ultima fase di contrazione dell’Universo, non molto prima del periodo di espansione che osserviamo ora. La ricerca è stata pubblicata sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics..

La tradizionale visione cosmologica dell’Universo ha indicato che sia iniziato da una singolarità, seguita da un breve periodo di espansione estremamente rapida, chiamata inflazione. Tuttavia, gli autori del nuovo studio hanno analizzato una teoria più esotica, nota come cosmologia del rimbalzo della materia non singolare, che postula che il Cosmo abbia prima subito una fase di contrazione. Questa fase si è conclusa con un rimbalzo dovuto alla crescente densità della materia, che ha portato al Big Bang e all’espansione accelerata che osserviamo oggi.

In questa cosmologia rimbalzante, l’Universo si è contratto fino a una dimensione di circa 50 ordini di grandezza inferiore a quella odierna. Dopo il rimbalzo, sono nati fotoni e altre particelle, che hanno segnato il Big Bang. Vicino al rimbalzo, la densità della materia era così alta che piccoli buchi neri si sono formati dalle fluttuazioni quantistiche nella densità della materia, rendendoli candidati validi per la materia oscura.

“Piccoli buchi neri primordiali possono essere prodotti durante le primissime fasi e, se non sono troppo piccoli, il loro decadimento dovuto alla radiazione di Hawking,un fenomeno ipotetico in cui i buchi neri emettono particelle a causa di effetti quantistici non sarà abbastanza efficiente da liberarsene, quindi sarebbero ancora in giro adesso“, ha detto Patrick Peter, direttore della ricerca presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS), che non è stato coinvolto nello studio.

“Con una massa più o meno pari a quella di un asteroide, potrebbero contribuire alla materia oscura o addirittura risolvere del tutto questo problema“.

I calcoli degli scienziati hanno mostrato che le proprietà di questa modalità dell’Universo, come la curvatura dello Spazio e la radiazione di fondo a microonde, corrispondono alle osservazioni attuali, supportando la loro ipotesi.

Per testare ulteriormente le loro previsioni, i ricercatori sperano di utilizzare osservatori di onde gravitazionali di prossima generazione. Gli scienziati hanno calcolato le proprietà delle onde gravitazionali prodotte durante la formazione del buco nero nel loro modello e hanno scoperto che potrebbero essere rilevate da futuri osservatori gravitazionali come il Laser Interferometer Space Antenna (LISA ) e l’ Einstein Telescope.

Queste rilevazioni potrebbero confermare se i buchi neri primordiali sono effettivamente materia oscura; tuttavia, potrebbero volerci più di un decennio prima che una delle due strutture veda la prima luce.

Conclusioni

“Questo lavoro è importante nel senso che fornisce un modo naturale di formare piccoli ma ancora presenti buchi neri che formano materia oscura in un quadro che non è quello usuale basato sull’inflazione“, ha concluso Peter: “Altri lavori attualmente indagano il comportamento di tali minuscoli buchi neri attorno alle stelle, portando potenzialmente a un modo per rilevarli in futuro”.