Il mistero dei buchi neri in miniatura nell’universo primordiale è stato risolto?

Il mistero dei buchi neri in miniatura nell’universo primordiale è stato risolto?

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I buchi neri primordiali, buchi neri molto piccoli che si pensa si siano formati poco dopo il Big Bang, sono tra i migliori candidati per la materia oscura. Tuttavia, una nuova teoria suggerisce che questi piccoli buchi neri non fossero abbastanza abbondanti perché ciò accadesse, contrariamente a quanto stimato dai modelli. Ciò spiegherebbe in particolare il fatto che non abbiamo ancora scoperto nulla.

L'universo si è formato 13,8 miliardi di anni fa in un'esplosione cosmica conosciuta come Big Bang. Poi si espanse rapidamente attraverso l’energia oscura durante un periodo chiamato “inflazione”. Questo passaggio l’ha portata da uno stato omogeneo e coeso ad uno stato organizzato e diffuso. Sebbene appaia per lo più vuoto, la sua massa è molto più elevata di quanto possa essere spiegato solo con la materia ordinaria. Sebbene la sua vera natura rimanga al momento un mistero, gli astronomi hanno soprannominato questo invisibile divario di massa “materia oscura”.

Si ritiene che la materia oscura e l'energia occupino rispettivamente il 25% e il 70% della massa totale dell'universo, mentre la materia ordinaria solo il 5%. Gli studi suggeriscono che la materia oscura potrebbe essere composta da buchi neri primordiali (PHB), ipotetici oggetti molto piccoli formatisi nei primi millisecondi dopo il Big Bang. Si formano dopo il collasso di regioni di gas caldo e denso e avrebbero le dimensioni di una moneta con una massa equivalente a quella di grandi asteroidi o piccoli pianeti.

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È tra i principali candidati per la materia oscura perché è abbastanza piccolo da essere inosservabile, ma abbastanza massiccio da avere un impatto diffuso sull’universo. Tuttavia, devono essere abbastanza numerosi da avere un impatto sufficiente sul materiale visivo. ” Li chiamiamo buchi neri primordiali (PBH) e molti ricercatori pensano che siano buoni candidati per la materia oscura, ma ce ne dovrebbero essere molti per soddisfare questa teoria. », spiega in A Ho riferito Jason Christiano, ricercatore presso l'Università di Tokyo, Giappone.

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Tuttavia, ad oggi non esiste alcuna prova della sua esistenza, il che mette in discussione la sua presunta abbondanza. Alcuni ricercatori hanno suggerito che non siano stati rilevati a causa di limitazioni tecniche. Come parte del loro nuovo studio recentemente pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisicaD'altra parte, Christian e il suo collega suggeriscono che non ce ne sono così tanti come pensiamo.

Un grafico che mostra il presunto tempo di formazione dei buchi neri primordiali. © Agenzia spaziale europea

Il numero di piccoli buchi neri è molto inferiore a quanto si pensasse in precedenza

Esaminando diversi modelli per la formazione del PBH, il nuovo gruppo di studio ha scoperto che la maggior parte di essi non corrisponde alle osservazioni reali del fondo cosmico a microonde (CMB), i resti della prima radiazione emessa dopo il Big Bang. Per abbinare meglio i dati della CMB, hanno poi proposto un nuovo modello basato sulla teoria quantistica dei campi, un approccio che descrive l’evoluzione delle particelle e i loro processi di interazione.

All'inizio della sua formazione, infatti, l'universo era estremamente compatto, più piccolo di un atomo. Pertanto, l’inflazione aumenterà rapidamente questo diametro (di 25 volte). Le onde che passano attraverso questo piccolo spazio possono avere un'ampiezza (o forza) relativamente grande, ma una lunghezza relativamente breve.

Ciò che abbiamo scoperto è che queste onde piccole ma potenti possono portare all’inspiegabile amplificazione di onde molto più lunghe che osserviamo nell’attuale CMB. », indica il coautore dello studio Jun'ichi Yokoyama. Ciò potrebbe essere dovuto a coerenze occasionali di onde corte, che possono essere spiegate dalla teoria quantistica dei campi.

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Buchi neri in miniatura

Lo studio mostra come le fluttuazioni di grande ampiezza generate su piccola scala possano amplificare le fluttuazioni su larga scala osservate nella CMB. © ESA/Planck/Jason Cristiano

Nello specifico, mentre le singole onde corte mostrano un’ampiezza relativamente piccola, sommandole insieme è possibile ricreare altre onde molto più lunghe. Queste piccole fluttuazioni possono influenzare fluttuazioni più grandi i cui effetti possono essere rilevati a livello della CMB. ” Questo è un raro caso in cui una teoria di qualcosa ad una scala estrema sembra spiegare qualcosa all’altra estremità della scala », denota un esperto.

Secondo i ricercatori, le fluttuazioni di onde corte di elevata ampiezza nell’universo primordiale sono l’origine dei PBH. Applicando il loro nuovo modello teorico a queste fluttuazioni, hanno scoperto che per formare le strutture su larga scala dell’universo ne servivano molte meno di quanto precedentemente stimato. Suggerisce anche che “dovrebbero esserci molti meno PBH di quanto sarebbe necessario se fossero davvero buoni candidati per la materia oscura o gli eventi di onde gravitazionali”, ha detto Christiano. Da questo punto di vista, se non riusciamo a individuarli, è semplicemente perché sono così rari.

Come passo successivo, i ricercatori intendono testare la loro teoria utilizzando rilevatori di onde gravitazionali ultrasensibili, come il Laser Interferometer Space Antenna (LISA), che dovrebbe essere inviato nello spazio a bordo di un razzo Ariane 3 entro il 2035. , Vergine in Italia e Cajra si stanno concentrando In Giappone si sta attualmente scoprendo la potenziale esistenza di PBH, che potrebbe fornire preziosi indizi al team.

fonte : Lettere di revisione fisica

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