I ricercatori della Johns Hopkins, impegnati nella ricerca dei primi buchi neri nell’immensità dell’Universo, si stanno concentrando su alcuni “piccoli punti rossi” che potrebbero rappresentare la chiave per comprendere questo fenomeno teorico. Utilizzando i dati del telescopio spaziale James Webb (JWST), il team della Johns Hopkins ha analizzato se uno specifico punto rosso, denominato QSO1, possa contenere un buco nero primordiale: un oggetto teorico la cui origine precede la formazione di stelle, polveri galattiche ed elementi più pesanti. Questa ricerca potrebbe fornire indicazioni su come si siano formati i buchi neri primordiali, la cui esistenza non è mai stata confermata da prove dirette. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
Buchi neri nati prima delle stelle
“Un buco nero ‘comune’ nasce dal collasso gravitazionale di una stella. I buchi neri primordiali, invece, sono tutt’altra cosa“, spiega il coautore Valerio De Luca, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Johns Hopkins University. “Essi traggono origine dalla fisica dell’Universo primordiale, in un’epoca precedente alla nascita delle prime stelle, quando l’Universo si espandeva in modo esponenziale nello spazio e nel tempo. Di conseguenza, i meccanismi che portano alla loro formazione sono differenti”.
Da quando Stephen Hawking propose per la prima volta l’ipotesi dei buchi neri primordiali negli anni ’70, gli scienziati hanno cercato di stabilire quali prove fossero necessarie per confermarne l’esistenza e distinguerli dai buchi neri di origine stellare. Recentemente, gli astrofisici hanno rivolto la propria attenzione a dischi vorticosi e incandescenti, composti da polveri galattiche, energia e gas – i “piccoli punti rossi” visibili nelle immagini del JWST – nella speranza di trovare delle risposte. “Questi piccoli punti rossi potrebbero circondare buchi neri di origine stellare – come accade, molto probabilmente, nella maggior parte dei casi – ma, se i buchi neri primordiali esistono, potrebbero essere proprio loro”, afferma De Luca. “La domanda, dunque, diventa: quali di questi sono primordiali e come possiamo distinguerli dagli altri?“.
Analisi delle origini primordiali di QSO1
Come prova del concetto, i ricercatori hanno esaminato QSO1, un oggetto che, per età, dimensioni e composizione, era stato ipotizzato potesse contenere un buco nero primordiale. QSO1 è esistito appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang e, a differenza di altri “piccoli punti rossi”, è composto quasi interamente da idrogeno ed elio – i primi elementi formatisi agli albori dell’Universo – ed è privo di elementi più pesanti, comparsi solo in una fase successiva della storia dell’Universo.
Un buco nero primordiale potrebbe raggiungere le dimensioni di QSO1 e dotarsi di un disco di accrescimento rotante solo in circostanze del tutto particolari. “Le osservazioni cosmologiche impongono dei vincoli all’esistenza dei buchi neri primordiali. Ad esempio, il loro numero complessivo nell’Universo è limitato, così come non possono essere troppo numerosi all’interno di un singolo ammasso”, spiega il coautore Loris Del Grosso, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia.
I ricercatori della Johns Hopkins hanno elaborato tre scenari per verificare se un buco nero primordiale possa evolversi in un “piccolo punto rosso” delle dimensioni di QSO1, circondato da una tale concentrazione di dischi. Lo scenario più probabile è che un buco nero primordiale, inizialmente più piccolo, abbia attratto e inglobato gas ed energia dall’ambiente circostante, accrescendosi fino a raggiungere le dimensioni di QSO1. “L’ipotesi che i ‘piccoli punti rossi’ possano essere buchi neri primordiali era già stata avanzata; noi abbiamo approfondito ulteriormente la questione, dimostrando che alcuni scenari sono più plausibili di altri“, afferma Del Grosso.
Le prove necessarie per una conferma definitiva
In futuro, i ricercatori intendono indagare quanti dei 100 “piccoli punti rossi” già osservati e catalogati potrebbero effettivamente essere buchi neri primordiali. Per dimostrare in modo inconfutabile l’esistenza dei buchi neri primordiali, spiegano gli studiosi, sarebbe necessario individuare un buco nero che risulti troppo leggero per essere di origine astrofisica, oppure talmente antico da precedere la formazione delle stelle. “Non abbiamo ancora una comprensione chiara di ciò che sia accaduto nell’Universo primordiale, subito dopo il Big Bang”, osserva De Luca. “Se i buchi neri primordiali esistessero davvero, significherebbe che, alle origini, deve essere accaduto qualcosa di specifico per generarli: si tratterebbe di una scoperta rivoluzionaria per la fisica”.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?