I buchi neri primordiali e la ricerca della materia oscura nel multiverso
Il Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) è famoso per l'abbondanza di progetti interdisciplinari possibili grazie alla presenza di un gran numero di specialisti altamente qualificati in vari campi della conoscenza scientifica. Uno di questi progetti è studiare i buchi neri che potrebbero essersi formati nell'universo primordiale, prima che si formassero stelle e galassie.
Tali buchi neri primordiali possono essere responsabili di tutta o parte della materia oscura dell'Universo, di alcuni dei segnali delle onde gravitazionali osservati, e fungono anche da semi di buchi neri supermassicci situati al centro della nostra e di altre galassie.
Per comprendere meglio i buchi neri primordiali, un team guidato da Alexander Kusenko di Kavli IPMU si è rivolto allo studio dell'universo primordiale. L'universo primordiale era così denso che qualsiasi fluttuazione di densità positiva superiore al 50 percento poteva portare alla formazione di un buco nero. Tuttavia, la scienza sa che l'entità delle perturbazioni cosmologiche che hanno dato origine agli embrioni delle galassie era molto più piccola. Tuttavia, una serie di processi che hanno avuto luogo nell'Universo primordiale potrebbero portare all'emergere di condizioni favorevoli alla formazione di buchi neri.
Una possibilità intrigante è che i buchi neri primordiali possano essersi formati da "universi figli" durante l'inflazione, un periodo di rapida espansione dell'universo che si ritiene dia origine alle principali strutture osservate nel mondo moderno, come galassie e ammassi di galassie. Gli universi figli relativamente piccoli sono collassati con il rilascio di una grande quantità di energia in un piccolo volume e quindi hanno formato buchi neri, hanno spiegato gli autori. Gli universi figli grandi hanno sperimentato un'espansione inflazionistica, tuttavia, secondo le disposizioni della teoria della relatività di Einstein, dopo l'espansione sono diventati enormi solo per l'osservatore interno, mentre per l'osservatore esterno - cioè tu ed io - questi universi figlia dovrebbero anche appaiono come buchi neri, hanno aggiunto.
Nel loro lavoro, il team di Kusenko ha descritto un nuovo scenario per la formazione di buchi neri primordiali e ha mostrato che i buchi neri che si formano secondo lo scenario del Multiverso possono essere rilevati utilizzando la fotocamera Hyper Suprime-Cam (HSC) del telescopio Subaru da 8,2 metri . L'unicità di questa fotocamera è che può scattare foto dettagliate dell'intera galassia di Andromeda nel suo insieme - e se in questo momento un buco nero primordiale passa davanti a una delle stelle della galassia, allora diventa possibile determinare la massa di un tale buco nero. Il team di Kavli IPMU aveva precedentemente segnalato in uno studio pubblicato (Takada et al., 2019, Nature Astronomy 3, 524-534) un nuovo interessante candidato per un buco nero primordiale rilevato dalla telecamera HSC.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Physical Review Letters.