Materia oscura, la chiave per la formazione dei primi buchi neri?

I buchi neri supermassicci sono tra gli oggetti più enigmatici dell’Universo. Recenti scoperte fatte dal telescopio spaziale Giacomo Webbha rivelato che questi giganti cosmici esistevano già poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Ciò mette in discussione le attuali teorie sulla loro formazione, che in genere comportano processi lenti nell’arco di miliardi di anni. Emerge una nuova ipotesi: e se la materia oscura fosse responsabile di questa formazione accelerata?

Buchi neri supermassicci: un enigma cosmico

I giganti si sono formati molto presto nell’Universo

I buchi neri supermassicci sono oggetti incredibilmente massicciche pesa da milioni a miliardi di volte la massa del Sole. Si trovano generalmente al centro delle galassie, come nel caso di il buco nero Sagittario A* al centro di la Via Lattea. Le ultime osservazioni del telescopio James Webb hanno rivelato che alcuni di questi buchi neri erano già presenti 500.000 anni dopo il Big Bangquando l’Universo si era appena formato.

La classica evoluzione dei buchi neri supermassicci

La formazione dei buchi neri supermassicci, secondo i modelli tradizionali, attraversa diverse fasi:

• Le stelle massicce collassano per formare buchi neri di massa stellare (da 3 a 100 masse solari circa).
• Questi buchi neri crescono attirando la materia circostante in un processo chiamato accrescimento.
• L’accrescimento consente al buco nero di assorbire il gas interstellare e le stelle vicine, aumentando gradualmente la sua massa.

Questo processo è lento e richiede miliardi di anni affinché un buco nero raggiunga le dimensioni gigantesche di un supermassiccio.

Una scoperta inaspettata: buchi neri supermassicci poco dopo il Big Bang

Osservazioni dal telescopio spaziale James Webb

Il telescopio James Webb, lanciato nel Dicembre 2021ha rivoluzionato la nostra comprensione dell’Universo osservando oggetti situati a miliardi di anni luce dalla Terra. Tra le sue scoperte, furono identificati buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale, quando aveva solo poche centinaia di milioni di anni. Questi oggetti, che sembravano aver impiegato miliardi di anni per formarsi, rappresentano quindi una vera sfida alle teorie classiche.

La velocità di formazione dei primi buchi neri supermassicci

Gli astronomi credevano che i buchi neri supermassicci fossero il risultato dell’accrescimento di materia in periodi di tempo estremamente lunghi. Tuttavia, la presenza di questi giganti nelle prime epoche dell’Universo suggerisce che la loro formazione sia stata molto più rapida del previsto. Diventa necessario rivedere i modelli in atto e considerare meccanismi più efficaci per spiegare questa crescita fulminea.

Il ruolo della materia oscura nell’Universo primordiale

Il ruolo degli aloni di materia oscura nell’Universo primordiale

La materia oscura, che rappresenta circa il 27% della massa dell’Universo, è una sostanza misteriosa che non può essere osservata direttamente, ma la cui influenza gravitazionale può essere rilevata. Nell’Universo primordiale, la materia oscura si raggruppava per formare aloni gravitazionali molto prima che la materia visibile si raggruppasse in stelle e galassie. Questi aloni hanno avuto un ruolo fondamentale nell’evoluzione cosmica catturandoli materia barionica (la materia “visibile” che costituisce stelle e pianeti).

Collasso gravitazionale accelerato dalla materia oscura

Gli aloni di materia oscura avrebbero accelerato il collasso gravitazionale nell’Universo primordiale. Concentrando enormi quantità di materia barionica in regioni specifiche, questi aloni hanno creato le condizioni ideali per la rapida formazione dei buchi neri. La materia oscura avrebbe quindi reso possibile la condensazione della materia visibile a un ritmo molto più rapido. Ciò avrebbe causato la formazione di buchi neri supermassicci in poche centinaia di milioni di anni, rispetto ai miliardi di anni previsti dai modelli tradizionali.

L’ipotesi del decadimento della materia oscura

Materia oscura instabile?

Un’altra affascinante ipotesi propone che la stessa materia oscura possa decadere. Sebbene l’esatta natura della materia oscura rimanga un mistero, alcune teorie suggeriscono che potrebbe rilasciare energia sotto forma di particelle fotoni o neutriniquando si disintegra. Questa disintegrazione sarebbe avvenuta principalmente nell’Universo primordiale, influenzando direttamente la formazione delle prime strutture cosmiche.

Inibizione della frammentazione e rapida formazione di buchi neri

Il decadimento della materia oscura avrebbe avuto un effetto diretto sulla formazione dei buchi neri inibendo la frammentazione delle nubi di idrogeno. Normalmente queste nubi si dividono in strutture più piccole, rallentando così la formazione di grandi masse. Sotto l’influenza del decadimento della materia oscura, queste nubi di idrogeno avrebbero mantenuto la loro integrità e avrebbero favorito la formazione di grandi strutture, come i buchi neri supermassicci. Queste condizioni avrebbero consentito la formazione di oggetti massicci molto più rapidamente del previsto.

Quali implicazioni per la cosmologia?

Una revisione dei modelli di formazione cosmica

Se la materia oscura fosse coinvolta nella formazione dei buchi neri supermassicci, potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’evoluzione dell’Universo. I modelli attuali, che si basano principalmente sulla materia visibile, verrebbero messi in discussione. La materia oscura, al di là della sua semplice influenza gravitazionale, potrebbe svolgere un ruolo chiave nella formazione degli oggetti più massicci dell’Universo, come le galassie e i buchi neri supermassicci.

Verso una migliore comprensione della materia oscura

Questa ricerca potrebbe anche fornire indizi chiave per comprendere la natura stessa della materia oscura. Se questa ipotesi venisse confermata, il decadimento della materia oscura potrebbe finalmente essere rilevato, aprendo la strada a una nuova era nella cosmologia. Potrebbe anche aiutarci a comprendere meglio l’influenza della materia oscura sull’evoluzione delle strutture cosmiche.

A tutti gli effetti, leggere: Buchi neri e materia oscura: sono la stessa cosa?