Scienza

La materia oscura è fatta di minuscoli buchi neri provenienti da un altro universo? Bene...

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Sì, vorrai sederti per questo. è un po' tanto:

È possibile che la materia oscura è fatta di minuscoli buchi neri creati all'inizio del tempo dalla nucleazione di bolle di falso vuoto che hanno creato universi neonati contenenti masse sublunari di materia durante un periodo infinitamente breve di iperinflazione cosmica.

Se è così, un team di scienziati pensa , questo potrebbe risolvere diversi fastidiosi enigmi sull'Universo, tra cui materia oscura, sorgenti di onde gravitazionali e una strana osservazione fatta della Galassia di Andromeda.



Vedere? È molto. Per essere chiari, sono piuttosto scettico, per non dire altro, ma è un'idea divertente basata su una serie di idee divertenti, quindi affrontiamole un pezzo alla volta.

opera d'arte di un disco di accrescimento del buco neroIngrandire

Opera d'arte raffigurante un buco nero con un disco di accrescimento e campi magnetici che turbinano sopra di esso. Credito: NASA/JPL-Caltech

Il tipo di materia che vediamo nell'Universo - composta da elettroni, neutroni, protoni e altre particelle - è in realtà nella minoranza di cose là fuori . La maggior parte della materia là fuori è fatta di qualcosa che non possiamo vedere; non emette letteralmente luce, quindi la chiamiamo materia oscura . Sappiamo che esiste, per esempio, dal modo in cui le galassie ruotano e si muovono in ammassi. Ci sono anche molte più prove della sua esistenza.

Nel corso dei decenni, gli astronomi hanno eliminato quasi tutto ciò che sappiamo che potrebbe essere materia oscura. Pianeti canaglia, stelle morte, fisica strana e così via. Non è rimasto molto sulla lista dei 'forse', ma include particelle subatomiche esotiche come gli assioni e piccoli buchi neri.

Sì, buchi neri. Tendiamo a pensare a queste bestie come aventi almeno tre volte la massa del Sole (che si forma quando esplodono stelle massicce) fino a quelle supermassicce nei centri delle galassie che superano di un fattore di miliardi la nostra stella locale. Sappiamo che la materia oscura non può essere questo tipo di buchi neri perché la loro gravità influenza la luce che passa vicino a loro, piegando il suo percorso. Per spiegare la quantità di materia oscura che pensiamo ci sia là fuori, dovrebbero esserci così tanti buchi neri che a quest'ora avremmo notato.

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Normale buchi neri, cioè (come ognuno di loro è 'normale'). Si scopre che c'è un altro tipo, forse. Sono teorici e hanno una massa molto inferiore. In effetti, alcuni potrebbero avere una massa piccola quanto la Luna. Un buco nero di quella massa sarebbe minuscolo, solo circa 0,2 millimetri di larghezza! È più o meno lo spessore di un capello umano.

Nessuno è mai stato visto, ma si teorizza che siano stati creati all'inizio dell'Universo. Ci sono diversi modi in cui potrebbero essersi formati, incluse solo le immense pressioni generate quando l'Universo aveva ancora una frazione di secondo e tutta la materia e l'energia nell'intero cosmo erano all'interno di un volume più piccolo di un granello di sabbia. Perché si sarebbero formati allora, si chiamano buchi neri primordiali .

Fantastiche opere d'arte di universi infantili che si generano e crescono nei primi momenti dell'esistenza del nostro Universo. Credito:Kavli IPMUIngrandire

Fantastiche opere d'arte di universi infantili che si generano e crescono nei primi momenti dell'esistenza del nostro Universo. Credito: Kavli IPMU

Un altro modo è attraverso quello che viene chiamato il falso vuoto . Questo concetto è abbastanza complesso, ma l'idea è che qualsiasi oggetto con energia tende a minore la sua energia. Ecco perché le cose si raffreddano quando vengono riscaldate o cadono a terra se lasciate andare. L'Universo stesso ha energia e tendiamo a pensare che il vuoto dello spazio sia nello stato energetico più basso possibile. Ma la meccanica quantistica postula che ci sia uno stato di energia inferiore in cui può trovarsi, il vero stato di vuoto , e quello in cui viviamo ora è un falso vuoto.

Se un pezzo dell'Universo dovesse collassare oggi nel vero stato di vuoto, quella bolla crescerebbe e alla fine consumerebbe l'Universo. Non è esattamente una favola della buonanotte, ma se vuoi leggere di più la mia amica e astrofisica Katie Mack ha scritto un articolo a riguardo per Cosmos Magazine .

Tuttavia, se una cosa del genere fosse accaduta quando l'Universo aveva una frazione di secondo, l'espansione Universale avrebbe superato la crescita di una tale vera bolla di vuoto, e non avrebbero potuto tenere il passo e distruggere tutto. C'è stato un periodo molto breve, chiamato inflazione, in cui l'Universo si è espanso estremamente rapidamente , più veloce della velocità della luce, e se queste bolle di vero vuoto si fossero formate durante quel periodo (che durò, tra l'altro, per 10-32secondi, quindi non molto tempo) si sarebbero staccati dal nostro Universo e non lo avrebbero distrutto.

Dall'interno di una tale bolla vedresti nasce un Universo completamente nuovo . La nostra potrebbe essersi formata in questo modo. Ma dall'esterno di una tale bolla quello che vedresti è un sacco di massa compressa in un volume minuscolo: un buco nero.

Nel nuovo studio , gli autori indagano su come sarebbe Ora date condizioni nell'Universo primordiale. Sarebbero stati creati buchi neri su una gamma di masse, per lo più tutti molto piccoli.

Ma i possibili mini buchi neri hanno molte possibilità. Ad esempio, gli autori scoprono che se le masse di questi buchi neri primordiali vanno da circa quella di un piccolo asteroide fino a circa quella della Luna (approssimativamente da 100 trilioni a 1022chilogrammi) allora la massa totale di questi oggetti creati sarebbe uguale a quella di tutta la materia oscura nell'Universo.

Una simulazione di come sarebbe un buco nero con un disco di gas che vortica intorno, visti i bizzarri effetti della sua feroce gravità sulla luce del disco. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy SchnittmanIngrandire

Una simulazione di come sarebbe un buco nero con un disco di gas che vortica intorno, visti i bizzarri effetti della sua feroce gravità sulla luce del disco. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy Schnittman

Potremmo rilevarli? Come ho detto, i buchi neri piegano la luce, e un buco nero che passa tra noi e una stella più lontana influenzerebbe la luce delle stelle, amplificandola in modo misurabile. chiamiamo questo lente gravitazionale . Sono stati osservati molti eventi di lente, di solito da stelle lontane che passano davanti a un'altra stella, o la luce di un'intera galassia deformata mentre passa attraverso un massiccio ammasso di galassie. Tuttavia, non è stato visto nulla di un buco nero primordiale.

... può essere. C'è stato uno strano evento di microlenti visto in un'indagine dedicata della vicina galassia di Andromeda, alla ricerca di stelle che sembrano illuminarsi in modo coerente con le lenti. Hanno trovato un solo candidato, ed era coerente con un buco nero primordiale. In quello studio, gli astronomi che effettuano l'osservazione usano questo evento per escludere un'ampia gamma di possibili buchi neri primordiali che potrebbero costituire la materia oscura . Tuttavia, gli autori del nuovo studio affermano che i loro risultati sono ancora coerenti con questo, consentendo alla materia oscura di essere costituita, almeno in parte, da questi piccoli buchi neri.

Il percorso della luce attorno a un buco nero viene gravemente distorto dalla gravità. In questo diagramma, la Terra è a destra e la luce proveniente dal materiale dietro il buco nero viene piegata verso di noi, lasciando un buco dove si trova il buco nero stesso.Ingrandire

Il percorso della luce attorno a un buco nero viene gravemente distorto dalla gravità. In questo diagramma, la Terra è a destra e la luce proveniente dal materiale dietro il buco nero viene piegata verso di noi, lasciando un buco dove si trova il buco nero stesso. Credito: Nicolle R. Fuller/NSF

Mostrano anche che è possibile che alcuni dei buchi neri primordiali più grandi abbiano fornito 'masse di semi' - kit di partenza, se vuoi - per i buchi neri supermassicci che vediamo oggi nelle galassie, con quelli molto più grandi che crescono da quelli più piccoli. . Ipotizziamo persino che i buchi neri di massa stellare, quelli con una massa da poche a poche decine di volte la massa del Sole, possano essere creati in questo modo, e non necessariamente da eventi di supernova di stelle massicce. Pensano che questi potrebbero essere i buchi neri che vediamo scontrarsi e creare onde gravitazionali negli eventi visti da LIGO.

OK, quindi ecco qua. È molto, certo, ma c'è una domanda più grande: È corretto?

Beh, forse. È tutto teorico e ci sono molti passaggi per passare da ciò che sappiamo ora ad avere piccoli buchi neri che permeano l'Universo e creano misteri ovunque. Per me personalmente, è molto da ingoiare. Diffido sempre di un tipo di cosa che risolve un gran numero di problemi; di solito troviamo che un nuovo tipo di oggetto o evento spiega a pochi enigmi che vediamo, non tutti. Qualcosa che si comporta come una chiave scheletrica merita molto più scetticismo.

Quindi lascerò agli esperti il ​​compito di sostenere o confutare questa idea. Ma in ogni caso, è interessante, e una cosa che mi piace è quanto sia intelligente. Mi piace vedere le persone giocare con le idee, e nella scienza, in particolare nella scienza altamente teorica, è una buona idea pubblicare queste idee in modo che altri scienziati possano prenderle. 'Intelligente' non significa 'corretto', ma può aiutare a limitare altre idee o ispirare osservazioni per verificare le ipotesi.

La maggior parte delle idee si rivela sbagliata, ma il processo di elaborarle e testarle aiuta a far progredire la scienza e la comprensione in entrambi i casi.

Più? È divertente pensarci. Questa è una grande ragione per cui facciamo anche scienza.



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