Una nuova ricerca suggerisce che potremmo presto essere in grado di testare una delle teorie più controverse di Stephen Hawking.
Negli anni ’70, Hawking suggerì che materia oscura, la materia invisibile che costituisce la maggior parte della materia nell’universo, può essere fatta di buchi neri Formata nei primi istanti di la grande esplosione.
Ora, tre astronomi hanno sviluppato una teoria che spiega non solo l’esistenza della materia oscura, ma anche l’aspetto dei più grandi buchi neri dell’universo.
“Quello che personalmente trovo molto eccitante di questa idea è come unisce elegantemente i due difficili problemi su cui sto lavorando – indagando sulla natura della materia oscura e la formazione e la crescita dei buchi neri – e risolvendoli in un colpo solo”, studio co -autore Priamvada Natarajan, un astrofisico dell’Università di Yale, Ha detto in una dichiarazione. Inoltre, diversi nuovi strumenti – compreso il James Webb Space Telescope appena lanciato – potrebbero produrre i dati necessari per valutare finalmente la famosa idea di Hawking.
Imparentato: Le idee più complete di Stephen Hawking sui buchi neri
Buchi neri dall’inizio
La materia oscura costituisce oltre l’80% di tutta la materia dell’universo, ma non interagisce direttamente con la luce in alcun modo. Galleggia semplicemente intorno all’essere enorme, il che influisce sul mio gravità all’interno delle galassie.
È allettante pensare che i buchi neri possano essere responsabili di queste cose sfuggenti. Dopotutto, i buchi neri sono notoriamente oscuri, quindi riempire la galassia di buchi neri potrebbe teoricamente spiegare tutte le osservazioni della materia oscura.
Sfortunatamente, nell’universo moderno, i buchi neri si formano solo dopo la morte di stelle massicce e poi collassano sotto il peso della loro stessa gravità. Quindi creare buchi neri richiederebbe molte stelle, il che richiederebbe una serie di materia normale. Gli scienziati conoscono la quantità di materia naturale nell’universo dai calcoli dell’universo primordiale, dove era il primo. idrogeno e elio formato. Semplicemente non c’è abbastanza materia naturale per produrre tutta la materia oscura che gli astronomi hanno osservato.
giganti addormentati
È qui che entra in gioco Hawking. Nel 1971, suggerì che i buchi neri si fossero formati in un ambiente caotico nei primi momenti del Big Bang. Lì, sacche di materia potrebbero raggiungere spontaneamente le densità necessarie per formare buchi neri, inondando l’universo con esse prima che le prime stelle scintillassero. Hawking ha suggerito che questi buchi neri “primitivi” potrebbero essere responsabili della materia oscura. Sebbene l’idea fosse intrigante, la maggior parte degli astrofisici si è invece concentrata sulla ricerca di una nuova particella subatomica per spiegare la materia oscura.
Inoltre, i modelli di formazione primordiale del buco nero hanno incontrato problemi osservativi. Se troppi si sono formati nell’universo primordiale, hanno cambiato l’immagine della radiazione residua dall’universo primordiale, nota come fondo cosmico a microonde (CMB). Ciò significa che la teoria funziona solo quando il numero e le dimensioni degli antichi buchi neri sono alquanto limitati o sono in conflitto con le misurazioni della radiazione CMB. .
L’idea è stata ripresa nel 2015 quando il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ha trovato la prima coppia di buchi neri in collisione. I buchi neri erano molto più grandi del previsto e un modo per spiegare la loro grande massa era dire che si erano formati nell’universo primordiale, non nel cuore delle stelle morenti.
soluzione semplice
Nell’ultima ricerca, Natarajan e Niko Capilotti dell’Università di Miami e Gunter Hasinger dell’Agenzia spaziale europea si tuffano in profondità nella teoria dei buchi neri primordiali, esplorando come potrebbe spiegare la materia oscura e possibilmente risolvere altre sfide cosmiche.
Per superare gli attuali test di osservazione, i buchi neri primordiali devono trovarsi entro un certo intervallo di massa. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno ipotizzato che i buchi neri primordiali avessero una massa circa 1,4 volte quella del Sole. Hanno costruito un modello dell’universo che ha sostituito tutta la materia oscura con questi buchi neri abbastanza leggeri, e poi hanno cercato prove osservative che potessero convalidare (o escludere) il modello.
Il team ha scoperto che i buchi neri primordiali potrebbero svolgere un ruolo importante nell’universo seminando le prime stelle, le prime galassie e i buchi neri supermassicci (SMBH). Le osservazioni indicano che stelle, galassie e SMBH appaiono troppo rapidamente nella storia cosmica, forse troppo rapidamente per essere spiegati dai processi di formazione e crescita che osserviamo nell’universo attuale.
I buchi neri primordiali, se ce ne sono, potrebbero essere i semi da cui provengono tutti i buchi neri supermassicci, compresi quelli al centro del via Latteaha detto Natarajan.
La teoria è semplice e non richiede un giardino di nuove particelle per spiegare la materia oscura.
“Il nostro studio mostra che senza introdurre nuove particelle o nuova fisica, possiamo risolvere i misteri della cosmologia moderna dalla natura stessa della materia oscura all’origine dei buchi neri supermassicci”, ha affermato Cappellotti nella dichiarazione.
Finora questa idea è solo un prototipo, ma può essere testata in tempi relativamente brevi. Il James Webb Space Telescope, lanciato il giorno di Natale dopo anni di ritardi, è stato specificamente progettato per rispondere alle domande sull’origine delle stelle e delle galassie. E la prossima generazione di rivelatori di onde gravitazionali, in particolare la Laser Interferometer Space Antenna (LISA), è pronta a rilevare di più sui buchi neri, compresi quelli primordiali se esistono.
Insieme, i due osservatori dovrebbero fornire agli astronomi informazioni sufficienti per ricostruire la storia delle prime stelle e forse delle origini della materia oscura.
“È stato irresistibile esplorare in profondità questa idea, sapendo che ha il potenziale per convalidarla abbastanza presto”, ha detto Natarajan.
Pubblicato originariamente su Live Science.