Se esistono buchi neri microscopici nati frazioni di secondo dopo il Big Bang, come sospettano alcuni ricercatori, allora almeno uno potrebbe attraversare il sistema solare ogni decennio, generando piccole distorsioni gravitazionali che gli scienziati possono rilevare, secondo un nuovo studio. Queste scoperte suggeriscono che se gli astronomi riuscissero a scoprire e confermare l’esistenza di tali perturbazioni gravitazionali, potrebbero risolvere il mistero dietro la natura della materia oscura, il materiale invisibile di cui molti ricercatori sospettano componga circa cinque sesti di tutta la materia nel cosmo. Molti ricercatori suggeriscono che la materia oscura possa essere composta da particelle sconosciute, ma nessun esperimento finora ha scoperto nuove particelle che potrebbero rappresentare la materia oscura. Pertanto, una delle alternative che gli scienziati stanno esplorando per spiegare la materia oscura è rappresentata dai cosiddetti buchi neri primordiali, esistenti fin dall’inizio del tempo. Ricerche precedenti suggeriscono che circa l’86% della materia nell’universo sia composta da una sostanza essenzialmente invisibile chiamata materia oscura. Gli scienziati inferiscono l’esistenza della materia oscura dai suoi effetti gravitazionali sulla materia e sulla luce quotidiane, ma attualmente rimane incerto di cosa possa essere composta.

I buchi neri prendono il loro nome dai loro enormi effetti gravitazionali, così potenti che neppure la luce riesce a sfuggirvi. Se un buco nero non rivela la sua esistenza — ad esempio incenerendo una stella — può rimanere inosservato nel buio dello spazio. Nel corso dei decenni, gli astronomi hanno rilevato numerosi buchi neri, da quelli di massa stellare, tipicamente circa cinque o dieci volte la massa del Sole, a buchi neri supermassicci di milioni o miliardi di masse solari. Al contrario, il nuovo studio ha esaminato i buchi neri primordiali, la cui ricerca precedente suggerisce possano avere la massa di un asteroide tipico, ossia circa 110 miliardi a 110 milioni di miliardi di tonnellate (100 miliardi a 100 milioni di miliardi di tonnellate metriche).

“I buchi neri che consideriamo nel nostro lavoro sono almeno 10 miliardi di volte più leggeri del sole e sono appena più grandi di un atomo di idrogeno,” ha spiegato Sarah Geller, coautrice dello studio e fisica teorica all’Università della California a Santa Cruz, a Space.com. Notizie spaziali in diretta, gli ultimi aggiornamenti su lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro ancora! Impressione artistica del buco nero supermassiccio nella galassia M87. (Credito immagine: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)).

I buchi neri sorgono quando un oggetto è così denso da collassare sotto la forza della propria gravità. Ricerche precedenti suggeriscono che poco dopo il Big Bang, prima che l’universo si espandesse notevolmente, fluttuazioni casuali nella densità della materia nel cosmo neonato hanno portato alcuni ammassi a diventare abbastanza densi da formare buchi neri. Ricerche precedenti avevano suggerito che i buchi neri primordiali sopravvissuti fino ai giorni nostri potrebbero costituire la maggior parte o tutta la materia oscura. Basato su questo lavoro, il nuovo studio ha esaminato quanto spesso i buchi neri primordiali potrebbero attraversare il sistema solare e se potrebbero produrre effetti che gli scienziati potrebbero rilevare su oggetti visibili.

“Se ci sono molti buchi neri là fuori, alcuni di essi devono sicuramente passare di tanto in tanto per il nostro cortile,” ha affermato Geller. Inizialmente, i ricercatori “hanno pensato a cosa potrebbe accadere se un buco nero perforasse la crosta terrestre, o passasse attraverso la nostra atmosfera, o lasciasse un cratere sulla luna,” ha detto Geller. “Ci siamo anche chiesti cosa accadrebbe se uno di questi piccoli buchi neri colpisse un umano.” Tuttavia, “ognuna di queste idee ha incontrato lo stesso problema,” ha spiegato Geller. “Una persona, la luna, o persino la Terra sono un bersaglio molto piccolo nella vastità dello spazio, e le probabilità di un buco nero di colpirli direttamente sono minime.”

Invece, “quello di cui avevamo bisogno era un sistema abbastanza grande affinché i buchi neri potessero passare regolarmente, ma misurato con precisione sufficientemente per consentirci di vedere un certo effetto,” ha affermato Geller. “È allora che abbiamo cominciato a pensare alle orbite molto precisamente misurate degli oggetti nel sistema solare.” In linea di principio, l’attrazione gravitazionale di un buco nero primordiale “potrebbe produrre oscillazioni nelle orbite degli oggetti nel sistema solare che siano abbastanza grandi per noi da misurare.” Gli scienziati hanno finito per concentrarsi sui buchi neri primordiali che volano vicino ai pianeti interni del sistema solare — Mercurio, Venere, Terra e Marte. Hanno scoperto che se esistono buchi neri primordiali, potrebbero essere così abbondanti da consentire a uno di passarvi accanto almeno una volta ogni decennio. Hanno aggiunto che diversi passaggi potrebbero già essere avvenuti da quando le tecnologie capaci di rilevare tali perturbazioni sono state attivate.

Geller ha avvertito che “non stiamo facendo alcuna delle seguenti affermazioni: che i buchi neri primordiali esistono sicuramente, che costituiscono la maggior parte o tutta la materia oscura; o che sono certamente presenti nel nostro sistema solare.” Invece, dicono che se esistono buchi neri primordiali e costituiscono la maggior parte della materia oscura, “allora uno deve viaggiare attraverso il sistema solare interno ogni uno o dieci anni.” Gli scienziati hanno anche notato che le loro scoperte si basano su simulazioni al computer relativamente semplici che non hanno la precisione necessaria per analizzare dati reali riguardanti le orbite del sistema solare interno. “Per fare affermazioni definitive, avremo bisogno di collaborare con colleghi specializzati nella modellazione del sistema solare con metodi computazionali molto più sofisticati,” ha detto Benjamin Lehmann, coautore dello studio e fisico teorico al MIT, a Space.com. Ha aggiunto che devono anche identificare come capire quali possano essere un vero segnale di un buco nero primordiale e cosa invece potrebbe semplicemente rientrare nell’errore atteso da qualsiasi misurazione.

Gli scienziati stanno ora discutendo la possibilità di collaborare con il gruppo di simulazione del sistema solare presso l’Osservatorio di Parigi per analizzare i dati orbitali esistenti. “Sono tra i maggiori esperti nei metodi di simulazione sofisticati necessari per rendere questa analisi una realtà,” ha affermato Lehmann. “Una volta sviluppato un modello completo che possa essere utilizzato per cercare tra i dati reali, dovremo anche indagare su quali osservazioni successive saranno più appropriate per qualsiasi segnale che potremmo registrare.” Questo approccio per cercare buchi neri primordiali attraverso i loro effetti gravitazionali è “non del tutto sufficiente per distinguere tra un buco nero primordiale e qualche altro oggetto insolito di massa simile,” ha avvertito Geller. Ha notato che se questa strategia rileva un potenziale buco nero primordiale, “possiamo attivare osservazioni di follow-up per escludere altre possibilità. Gli astronomi sono in effetti incredibilmente bravi a trovare anche oggetti molto più leggeri nel nostro sistema solare, come piccoli asteroidi, mentre l’osservazione diretta di un piccolo buco nero con un telescopio mostrerà probabilmente nulla.” Gli scienziati hanno dettagliato le loro scoperte il 17 settembre nella rivista Physical Review D.