Nuove ricerche suggeriscono che il decadimento della materia oscura potrebbe aver contribuito alla crescita dei buchi neri fino a dimensioni supermassive mostruose relativamente presto nell’universo primordiale. Se fosse vero, ciò potrebbe aiutare a spiegare alcune delle osservazioni più sconcertanti del cosmo effettuate dal Telescopio Spaziale James Webb. Dalla sua attivazione nell’estate del 2022, il Telescopio Spaziale James Webb (JWST) ha riportato dati che mostrano la rilevazione di buchi neri supermassivi con masse milioni, o addirittura miliardi, di volte quella del sole, già 500 milioni di anni dopo la nascita di un universo di 13,8 miliardi di anni. Questo ha lasciato gli scienziati sconcertati, poiché dovrebbe servire almeno 1 miliardo di anni affinché i buchi neri raggiungano uno “stato supermassivo”. Una delle ipotesi per spiegare come i buchi neri precoci ottengano un vantaggio nella crescita suggerisce che nascono direttamente da enormi nubi di gas e polvere. Tuttavia, questa nuova ricerca propone che la materia oscura, la sostanza più misteriosa dell’universo, sia stata un catalizzatore per il processo. “La formazione di buchi neri supermassivi è un mistero. Trovare buchi neri supermassivi quando l’universo aveva meno di 1 miliardo di anni è come scoprire delle ossa di mammifero tra le ossa di dinosauro in una roccia sedimentaria giurassica”, ha dichiarato Alexander Kusenko, membro del team di ricerca e astrofisico presso l’Università della California, Los Angeles (UCLA), a Space.com. “Queste osservazioni richiedono una spiegazione molto diversa per la formazione dei buchi neri supermassivi. Abbiamo scoperto che la radiazione dal decadimento della materia oscura potrebbe far collassare alcune grandi nubi di gas in buchi neri supermassivi, risolvendo il mistero della loro origine.”Correlato: La materia oscura potrebbe fungere da “cupido” per i buchi neri supermassivi. Risolvere un mistero con un altro misteroLa materia oscura è attualmente considerata uno dei più grandi misteri irrisolti della fisica, poiché, nonostante costituisca circa l’85% della materia nell’universo, gli scienziati non sanno di cosa si tratta. Iscriviti alla newsletter per ricevere gli ultimi aggiornamenti su lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro ancora! I ricercatori sanno che la materia oscura non può essere composta dagli stessi “componenti” che formano gli atomi della materia ordinaria presenti in stelle, pianeti, lune, asteroidi e nei nostri corpi. Questo perché la materia oscura non sembra interagire con la radiazione elettromagnetica (luce), mentre elettroni, protoni e neutroni lo fanno. Questa mancanza di interazione con la luce rende frustrantemente la materia oscura effettivamente invisibile per noi, con gli scienziati che possono solo inferirne la presenza attraverso la sua interazione con la gravità e gli effetti di questa interazione sulla materia ordinaria e sulla luce. Un diagramma che mostra quanta massa nell’universo è rappresentata dalla materia oscura (Foto di Robert Lea (creato con Canva))La materia oscura potrebbe non interagire con la luce, ma una delle proprietà proposte di questa sostanza in alcuni modelli riguarda il decadimento delle sue particelle più instabili, che rilasciano fotoni, le particelle fondamentali della luce. Il team ritiene che questa radiazione potrebbe essere il pezzo mancante del puzzle della crescita dei buchi neri supermassivi. “La gravità può comprimere una nube di gas e costringerla a collassare, quindi sembra possibile che una nube di un milione di masse solari possa portare alla formazione di un buco nero di un milione di masse solari”, ha spiegato Kusenko. “In realtà, ciò non avviene perché la gravità agisce su tutte le scale di distanza e costringe piccole parti di una grande nube a collassare prima che l’intera nube abbia la possibilità di farlo. Così, invece di un enorme buco nero, ci ritroviamo con un insieme di nubi di gas più piccole.” Ha aggiunto che se ci fosse qualcosa che contrasta l’azione della gravità a distanze brevi senza influenzare il collasso su lunghe distanze, questo potrebbe innescare un “collasso diretto” di una quantità enorme di gas in un buco nero supermassivo. E una cosa che potrebbe contrastare la gravità è la pressione. “Se la nube di gas rimane calda per un lungo periodo, non può frammentarsi in aloni più piccoli perché il gas caldo ha una pressione maggiore, abbastanza forte da contrastare l’attrazione della gravità”, ha continuato Kusenko. “Questo è vero finché la temperatura è sufficientemente alta. Tuttavia, se il gas si raffredda, la pressione diminuisce e la gravità può prevalere in molte piccole regioni, che collassano in oggetti densi prima che la gravità abbia la possibilità di tirare l’intera nube in un unico buco nero.” Quel raffreddamento avviene perché, sebbene la stragrande maggioranza del gas nell’universo primordiale fosse costituita da atomi di idrogeno, le stelle non avevano ancora avuto la possibilità di forgiare elementi più pesanti e disperderli con esplosioni di supernova. La maggior parte di questi atomi di idrogeno rimbalzerebbero tra loro all’infinito come palle da biliardo, a meno che non fossero legati in una molecola con livelli di energia di rotazione che possono essere eccitati da collisioni atomiche. “La molecola eccitata può quindi irradiare via l’energia e tornare al suo stato iniziale, pronta per una nuova interazione con un atomo di idrogeno. Le molecole di idrogeno diventano agenti di raffreddamento mentre assorbono energia termica e la irradiano. Così, più idrogeno molecolare c’è, più veloce è il raffreddamento”, ha aggiunto Kusenko. “Le particelle di materia oscura possono decadere, producendo radiazione, che può dissociare [o frammentare] le molecole di idrogeno.” Pertanto, la radiazione proveniente dalla materia oscura in decadimento potrebbe concedere alle enormi nubi di gas nell’universo primordiale il tempo di collassare e dare origine ai primi buchi neri supermassivi. “Se ciò accade, il collasso diretto di gas caldo in buchi neri supermassivi diventa possibile”, ha aggiunto Kusenko. Se questo si rivelasse vero, cosa ci direbbe, se mai, sulla materia oscura stessa? “Ci sono due possibilità: o le particelle di materia oscura possono decadere molto lentamente, oppure la materia oscura potrebbe contenere una piccola componente che decade rapidamente, mentre il resto della materia oscura è stabile”, ha detto Kusenko. “In entrambi i casi, le proprietà della radiazione necessaria per creare buchi neri ci dicono la massa delle particelle di materia oscura in decadimento. Questo può aiutare a scoprire o escludere questo scenario.” La ricerca del team è stata pubblicata il 27 agosto nella rivista Physical Review Letters.