Da Orsina Fiorentini 
Piccoli buchi neri primordiali sorti durante la prima frazione di secondo dopo il Big Bang potrebbero averlo accompagnato, sotto forma di buchi neri più piccoli, “sovralimentati” di massa di unicorno che evaporarono rapidamente.
Un team di ricercatori ha ipotizzato che questi minuscoli buchi neri simili a unicorni, che rappresenterebbero uno stato della materia completamente nuovo, sarebbero stati riempiti fino all’orlo di “carica di colore”. Questa è una proprietà delle particelle fondamentali chiamate quark e gluoni che hanno forti interazioni di forza tra loro e non è correlata al “colore” nel senso quotidiano.
Questi buchi neri sovralimentati potrebbero essere stati creati con buchi neri primordiali quando regioni microscopiche di materia superdensa collassarono nei primi cinque milionesimi di secondo dopo il Big Bang.
Sebbene questi buchi neri appena teorizzati possano essere evaporati solo una frazione di secondo dopo la loro comparsa, potrebbero aver influenzato un’importante trasformazione cosmica: la formazione dei primi nuclei atomici. Ciò significa che potrebbero aver lasciato una firma che può essere scoperta oggi.
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Il gruppo di ricerca ritiene che i buchi neri sovralimentati potrebbero aver influenzato l’equilibrio della fusione dei nuclei nell’universo nascente. Sebbene gli UFO non siano più presenti nei primi istanti dell’universo, è possibile che i futuri astronomi riescano a rilevare questo effetto.
“Sebbene queste strane creature dalla vita breve non esistano oggi, potrebbero aver influenzato la storia cosmica in modi che potrebbero manifestarsi oggi in segnali sottili”, ha affermato David Kaiser, coautore dello studio e professore di fisica presso l’Università del Massachusetts. Istituto di Tecnologia (MIT) Lo ha detto in un comunicato.
“L’idea che tutta la materia oscura potrebbe essere causata dai buchi neri ci offre nuove cose da cercare”, ha aggiunto, riferendosi alla materia misteriosa che costituisce circa l’85% dell’universo fisico.
Non tutti i buchi neri sono uguali
Quando si immagina un buco nero, l’immagine immediata che potrebbe venire in mente è quella di un buco nero supermassiccio simile a un gigante cosmico, milioni o addirittura miliardi di volte la massa del Sole. Questi buchi neri si trovano al centro delle galassie, dominando l’ambiente circostante, e vengono creati attraverso una serie di fusioni di coppie di buchi neri progressivamente più grandi.
I più comuni nell’universo sono i buchi neri di massa stellare decine o centinaia di volte la massa del Sole, che nascono quando le stelle massicce esauriscono il carburante per la fusione nucleare e collassano.
Questi due tipi di buchi neri, così come gli sfuggenti buchi neri intermedi tra questi due intervalli di massa, sono classificati come “buchi neri astrofisici”. Gli scienziati hanno a lungo ipotizzato che potrebbero essere esistiti buchi neri non astrofisici nati subito dopo il Big Bang, con masse comprese tra quelle della Terra e quelle di un grande asteroide.
Invece di formarsi dal collasso di una stella, questi buchi neri primordiali potrebbero essersi formati da porzioni molto più piccole di materia in collasso prima che apparissero le prime stelle o anche gli atomi più semplici.
Quanto più massiccio è un buco nero, tanto più ampi sono i suoi confini esterni o “orizzonte degli eventi”. Se il buco nero primordiale avesse una massa simile a quella della Terra, non sarebbe più largo di una monetina. Se la sua massa fosse equivalente a quella di un grande asteroide, sarebbe più piccolo di un atomo.
Il motivo per cui usiamo il passato quando descriviamo questi buchi neri è perché le teorie attuali suggeriscono che questi buchi neri primordiali erano così piccoli che perdevano rapidamente massa “perdendo” un tipo di radiazione termica chiamata radiazione di Hawking. Ciò lo avrebbe fatto evaporare, il che significa che non esisterebbe oggi nell’universo.
Alcuni scienziati hanno proposto “meccanismi di salvataggio” che potrebbero consentire ai buchi neri primordiali di persistere nell’era moderna dell’universo. Se questi meccanismi fossero corretti, è possibile che i buchi neri primordiali possano essere responsabili della materia oscura.
La materia oscura è così misteriosa perché, sebbene rappresenti circa l’85% della materia nell’universo, non interagisce con la luce e quindi non può essere come il restante 15% della “roba” nell’universo, comprese le stelle. I pianeti, le lune, i nostri corpi e il gatto della porta accanto.
I buchi neri primordiali potrebbero essere adatti alla materia oscura perché, come tutti i buchi neri, sarebbero circondati da orizzonti degli eventi. Si tratta di superfici che intrappolano la luce, il che significa anche che i buchi neri, come la materia oscura, non emettono né riflettono la luce.
Per esplorare meglio la relazione tra la materia oscura e il buco nero primordiale, Kaiser e la studentessa laureata del MIT Elba Alonso Monsalvi hanno deciso di scoprire di quale materia sono (o erano) fatti questi primi piccoli buchi neri.
“Le persone hanno studiato come sarebbe stata la distribuzione delle masse dei buchi neri durante questa prima produzione dell’universo, ma non l’hanno mai collegata al tipo di cose che sarebbero cadute in quei buchi neri nel momento in cui si stavano formando”, Kaiser spiegato.
I compagni primordiali del buco nero erano unicorni sovralimentati
Il primo passo dei ricercatori è stato quello di esaminare le teorie preesistenti sui buchi neri primordiali e il modo in cui la loro massa è stata distribuita durante la formazione dell’universo.
“Ci siamo resi conto che esiste una relazione diretta tra il momento della formazione del buco nero primordiale e la massa con cui si forma”, ha spiegato Alonso Monsalvi. “E quella finestra temporale è ridicolmente anticipata.”
In questo caso, “assurdamente presto” significa entro cinque milionesimi di secondo dopo il Big Bang. Questo breve periodo avrebbe visto la nascita di buchi neri primordiali “standard” con masse equivalenti a quelle dei grandi asteroidi e inferiori a un atomo di larghezza.
Tuttavia, Alonso Monsalvi e Kaiser prevedono che questo breve periodo vedrà anche la nascita di una piccola frazione di buchi neri significativamente più piccoli, con masse vicine a quella di un unicorno e dimensioni molto più piccole di un singolo protone, che sono le particelle che (insieme a con neutroni) compongono i nuclei Nel cuore degli atomi.
Entrambe queste dimensioni di buchi neri nell’universo primordiale erano circondati da un denso mare di quark e gluoni. Queste particelle elementari non si trovavano liberamente nell’universo nell’era attuale, dove erano associate a particelle come protoni e neutroni. Tuttavia, nel denso Universo primordiale, c’era una “zuppa calda” o plasma di quark e gluoni liberi che non si erano ancora fusi.
Qualsiasi buco nero formatosi nell’universo primordiale non solo si nutrirebbe di questa zuppa di plasma, ma assorbirebbe anche una proprietà dei quark e dei gluoni liberi non legati chiamata carica di colore.
“Una volta scoperto che questi buchi neri si formano in un plasma di quark e gluoni, la cosa più importante che dovevamo capire era: quanta carica di colore in una bolla di materia sarebbe finita in un buco nero primordiale?” Ha detto Alonso Monsalve.
Passando ad una teoria chiamata cromodinamica quantistica, che descrive l’azione della forza forte tra quark e gluoni, i due hanno calcolato la distribuzione della carica di colore che avrebbe dovuto essere presente nel plasma caldo e denso dell’universo primordiale. Hanno poi confrontato questa distribuzione con la dimensione della regione che potrebbe essere in grado di collassare e dare vita a un buco nero solo nel primo cinque trilionesimo di secondo dell’universo.
Ciò ha rivelato che un “tipico” buco nero primordiale non avrebbe assorbito gran parte della carica di colore. Questo perché la regione più ampia del plasma di quark e gluoni che hanno consumato conteneva una miscela di cariche di colore, che si aggiungevano alla carica neutra.
Tuttavia, i due hanno scoperto che i buchi neri della massa di un unicorno, che si formano da una zona più piccola di plasma di quark e gluoni, erano pieni di carica colorata. In effetti, avrebbe avuto il massimo di qualsiasi tipo di carica consentita per un buco nero, secondo le leggi fondamentali della fisica.
Questa non è la prima volta che vengono postulati buchi neri “estremi”, ma Alonso Monsalvi e Kaiser sono i primi scienziati a stabilire un processo realistico attraverso il quale tali anomalie cosmiche potrebbero formarsi nel nostro universo.
Sebbene i buchi neri sovralimentati dell’unicorno siano evaporati rapidamente, erano ancora circa un secondo dopo il Big Bang quando iniziarono a formarsi i primi nuclei atomici. Ciò significa che i buchi neri degli unicorni hanno avuto tutto il tempo per sbilanciare le condizioni nell’universo. Questi disturbi potrebbero aver influenzato la materia in un modo che può essere osservato ancora oggi.
“Questi oggetti potrebbero aver lasciato alcune tracce osservative interessanti”, ha concluso Alonso Monsalve. “Avrebbero potuto cambiare l’equilibrio tra questo e quello, e questa è la cosa che si può iniziare a mettere in discussione.”
La ricerca del team è stata pubblicata giovedì (6 giugno) sulla rivista Lettere di revisione fisica.