Una nuova teoria collega buchi neri supermassicci ed energia oscura

Una nuova controversa teoria suggerisce che i buchi neri supermassicci che si nascondono nel cuore delle galassie più grandi potrebbero essere la fonte di energia oscura, la forza misteriosa che guida l’espansione accelerata dell’universo.

Il collegamento suggerito – denominato “accoppiamento cosmologico” – è nato dalle osservazioni dei buchi neri nel cuore di galassie lontane che sembrano essere cresciuti più rapidamente di quanto consentirebbe il semplice aumento di massa o la fusione con altri buchi neri.

Il team, compreso l'autore principale, ha indagato ulteriormente su questo aspetto Duncan Farrah dal Università delle Hawaii a Mānoa, hanno scoperto che la forza dell'accoppiamento significa che la crescita dei buchi neri corrispondeva all'espansione accelerata dell'universo.

“Non c’è accordo su quale modello di energia oscura abbia maggiori probabilità di essere corretto, ma il modello più semplice per l’energia oscura è una “costante cosmologica”. In questo modello, l’intero universo è pervaso da una densità di energia uniforme e costante”, spiega Farrah Mondo della fisica. “Questo non sembra così misterioso, ma la densità di energia deve rimanere costante anche mentre l’universo si espande. Non è noto alcun oggetto che si comporti nel modo richiesto. Per questo motivo alcuni ritengono che sia una proprietà del vuoto stesso”.

La maggior parte dei modelli di buchi neri suggeriscono che al loro centro c’è una singolarità, un punto in cui la massa viene compressa in un punto infinitamente piccolo e quindi diventa infinitamente densa. Il nuovo accoppiamento cosmologico sostituisce questa singolarità con l’energia del vuoto, proposta come fonte dell’energia oscura.

I ricercatori descrivono in dettaglio la teoria in due articoli, pubblicati in The Astrophysical Journal ed I Astrophysical Journal Letters, entrambi delineano diversi aspetti della connessione cosmologica e forniscono la prima “spiegazione astrofisica dell’energia oscura”.

Prove per un modello astrofisico di energia oscura

Nel primo articolo, il team ha esaminato i buchi neri nei centri delle galassie ellittiche “rosse e morte” che sono attualmente inattive.

“Poiché non si prevede che queste galassie facciano molto, non si prevede che i loro buchi neri centrali crescano molto con il tempo”, spiega Farrah. “Abbiamo scoperto che, dopo aver tenuto conto di tutti i possibili canali “normali” di crescita dei buchi neri, questi buchi neri mostrano ancora un grande aumento di massa tra circa sette miliardi di anni fa e oggi – quasi un fattore 10 della massa. Ciò è sorprendente e non è così facile da spiegare”.

Nel secondo articolo, il team ha tentato di scoprire se questa inaspettata crescita della massa del buco nero potesse essere il risultato dell’espansione dell’universo tramite il solo accoppiamento cosmologico.

“Il nostro secondo articolo mostra che questo tasso di aumento di massa è coerente con l’aumento della massa dei buchi neri in sincronia con il volume dell’universo”, afferma Farrah. “Cioè, se il volume dell’universo raddoppia, anche la massa dei buchi neri raddoppia”.

Farrah spiega che se il risultato è corretto, allora se il volume dell'universo raddoppia, la massa di un dato buco nero raddoppierà, ma il numero di buchi neri per unità di volume si dimezzerà comunque a causa del fatto che i buchi neri sono oggetti specifici .

“Mettendo insieme queste due cose, la densità di massa dei buchi neri rimarrà costante mentre l’universo si espande. Questo è esattamente il comportamento che ci si aspetta da “qualcosa” che dà origine a un’espansione accelerata”, afferma Farrah. “Poiché nessun altro oggetto mostra questo comportamento, si sostiene che i buchi neri siano quel ‘qualcosa’. Quindi non è necessario che l’energia oscura sia una proprietà del vuoto stesso e non è necessario che sia uniforme. Può risiedere all’interno dei buchi neri ed essere prodotto quando le grandi stelle collassano morendo, cosa che era stata prevista sin dalla metà degli anni Sessanta”.

Uno degli aspetti principali della teoria dell’accoppiamento cosmologico del team è che, mentre alcuni modelli dell’energia oscura richiedono aggiunte ai nostri modelli dell’universo, tutti gli elementi necessari per questo modello sono già noti.

“Fornisce una fonte di energia oscura proveniente da qualcosa che già sappiamo esistere, vale a dire i buchi neri. Non c’è bisogno di alcun nuovo tipo di oggetto o nuova particella”, afferma Farrah.

Un accoppiamento controverso

La nuova teoria non è passata senza controversie nei circoli della fisica, con molti ricercatori che non sono ancora disposti ad accettare questo accoppiamento cosmologico.

"Riesco a individuare le cose che sono preoccupanti", dice la cosmologa dell'Universidad ECCI Luz Ángela García Mondo della fisica. “Dire che la loro osservazione costituisce la prova che i buchi neri sono costituiti da energia oscura sembra un’ipotesi azzardata, in particolare, perché non possiamo eseguire misurazioni “all’interno” del buco nero.”

García è anche turbato dal fatto che, collegando l’energia oscura ai buchi neri, la teoria del team collega questa forza al ciclo di vita delle stelle, descrivendolo come “molto rischioso”. Questo perché quando gli scienziati considerano il contenuto di materia ed energia dell’universo, i buchi neri e quindi l’energia oscura in questo modello sono già stati presi in considerazione nella proporzione del 5% di “materia ordinaria” del contenuto di materia ed energia dell’universo.

Infine, García nota che la linea temporale dell’universo lascia un vuoto di due miliardi di anni che la teoria del team fatica a colmare.

“Il picco del numero di buchi neri e quasar coincide con il picco della storia della formazione stellare circa 10 miliardi di anni fa, dopodiché c’è un rapido declino nel numero di questi oggetti massicci”, spiega. “D’altra parte, l’inizio del dominio dell’energia oscura avviene più o meno otto miliardi di anni fa”.

Una nuova generazione assume la costante cosmologica

Quindi, se i buchi neri sono la fonte dell’energia oscura, si chiede García, perché l’energia oscura impiega due miliardi di anni per dominare altre forme di materia ed energia?

“Anche se non possiamo escludere del tutto questa ipotesi, mi sembra molto improbabile che i buchi neri siano la fonte dell’energia oscura”, conclude.

Lo stesso Farrah concorda sul fatto che il mistero dell’energia oscura è lungi dall’essere risolto, riconoscendo che mentre i due articoli forniscono la prova di una fonte astrofisica per l’energia oscura, la loro argomentazione necessita di un esame molto più accurato.

“L’energia oscura rimane un fenomeno profondamente misterioso”, conclude Farrah. “Direi che i nostri studi sollevano la possibilità che i buchi neri siano una fonte di energia oscura e forniscono una ‘ipotesi interessante’, ma al momento non c’è niente di più”.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/