Cosa sai della materia oscura? Secondo un nuovo studio, la materia oscura - una misteriosa sostanza che ha attrazione gravitazionale ma non emette radiazioni - potrebbe effettivamente consistere in vasti ammassi di antichi buchi neri, formatosi proprio all'inizio dell'universo.
Questa conclusione si basa sull'analisi delle onde gravitazionali causate da due collisioni lontane tra buchi neri e stelle di neutroni.
Le onde, etichettate GW190425 e GW190814, sono state rilevate nel 2019 dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) a Washington e Louisiana e dal Virgo Interferometer vicino a Pisa, in Italia. Precedenti analisi hanno dimostrato che sono stati causati da collisioni tra buchi neri da 1,7 a 2,6 volte la massa del nostro Sole e una possibile stella di neutroni molto più piccola o un buco nero molto più grande. Ma questo sarebbe uno degli oggetti che gli astrofisici chiamano un buco nero di massa solare, che a quanto pare riguarda la massa del Sole. I buchi neri di massa solare sono piuttosto misteriosi perché non sono previsti dall'astrofisica tradizionale, in cui le esplosioni stellari o le supernove trasformano stelle più grandi in buchi neri.
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Questi buchi neri di massa solare potrebbero essere buchi neri "primordiali" creati nel Big Bang. Oppure potrebbero essersi formati più tardi, quando le stelle di neutroni sono state convertite in buchi neri, o dopo che i buchi neri primordiali sono stati assorbiti, o dopo che alcuni presunti tipi di materia oscura sono stati assorbiti.
Buchi neri iniziali
I buchi neri primordiali, se esistono, sono stati probabilmente creati in quantità massicce nel primo secondo del Big Bang circa 13,77 miliardi di anni fa. Sarebbero di tutte le dimensioni: il più piccolo sarebbe microscopico e il più grande sarebbe decine di migliaia di volte la massa del nostro Sole.
I ricercatori volevano vedere se potevano distinguere tra buchi neri primordiali e buchi neri formati dalle stelle di neutroni, i resti tremolanti delle supernove lasciati dopo che le loro stelle madri sono esplose dopo aver esaurito tutto il loro idrogeno nelle reazioni di fusione nucleare.
Gli astrofisici stimano che stelle con una massa di circa cinque volte la massa del Sole collassano, lasciando dietro di sé una stella di neutroni fatta di materia superdensa, con all'incirca la massa del nostro Sole stipata in una sfera delle dimensioni di una città.
Secondo di questa teoria, la forte gravità di alcune stelle di neutroni attirerebbe costantemente particelle di materia oscura. Il nuovo studio suggerisce che alla fine la loro gravità diventerà così grande che la stella di neutroni e la materia oscura collasseranno insieme in un buco nero.
Un'alternativa proposta dallo studio è che la stella di neutroni potrebbe essere stata attratta e fusa con un piccolo buco nero primordiale, che si è poi depositato al centro della stella di neutroni e si è nutrito della materia circostante fino a quando è rimasto solo il buco nero.
Onde gravitazionali
Gli scienziati hanno ipotizzato che i buchi neri che si sono trasmutati dalle stelle di neutroni avrebbero seguito la stessa distribuzione di massa delle stelle di neutroni da cui hanno avuto origine, che dipende dalle dimensioni delle loro stelle madri. Con questo in mente, hanno esaminato i dati delle circa 50 rilevazioni di onde gravitazionali effettuate fino ad oggi e hanno scoperto che solo due - GW190425 e GW190814 - erano associati a oggetti della massa giusta per essere buchi neri primordiali.
La ricerca non è conclusiva: è ancora possibile che le due collisioni abbiano coinvolto stelle di neutroni di massa rilevabile o buchi neri in trasmutazione da stelle di neutroni di queste dimensioni. Ma gli autori scrivono che la distribuzione di massa delle stelle di neutroni, presumibilmente esistenti nell'universo, lo rende improbabile.
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