Immaginate un buco nero con la massa dell’asteroide Cerere. Non sarebbe più grande di un batterio e sarebbe praticamente indetectabile. Tuttavia, se questi buchi neri fossero comuni nell’Universo, influenzerebbero il movimento delle stelle e delle galassie, proprio come osserviamo. Potrebbero rappresentare una fonte di materia oscura.
Tali buchi neri così piccoli non potrebbero formarsi da stelle morenti, ma potrebbero essersi formati all’interno di un cosmos caldo e denso subito dopo il Big Bang. Per questo motivo, sono conosciuti come buchi neri primordiali. Non abbiamo prove della loro esistenza, ma dato che rappresenterebbero una spiegazione convincente per la materia oscura, gli astronomi continuano a cercarli.
L’unica certezza che abbiamo finora è che la maggior parte dei buchi neri primordiali è esclusa dai dati disponibili. I buchi neri di massa stellare, di grandi dimensioni, influenzerebbero il raggruppamento delle galassie in un modo che non osserviamo. I buchi neri della massa di una montagna o più piccoli si sarebbero evaporati molto tempo fa, rendendoli inattendibili come candidati per la materia oscura. Tuttavia, i buchi neri con massa asteroidale sono ancora una possibilità. Non sono probabili, ma non sono stati formalmente esclusi dai dati. Pertanto, una nuova ricerca esamina come i buchi neri primordiali di massa asteroidale potrebbero essere rilevati attraverso le onde gravitazionali.
Le dimensioni e la vita dei buchi neri primordiali in base alla massa. Credito: Centro per i Volo Spaziale Goddard della NASA.
Per giustificare l’esistenza della materia oscura, più piccolo è il buco nero primordiale, più comuni devono essere. Per le masse asteroidali, il cosmo dovrebbe contenere un vasto mare di questi. Dato che si raggrupperebbero all’interno delle galassie, sarebbero abbastanza comuni affinché alcuni di essi possano fondersi regolarmente. Come sottolinea lo studio, ciascuna di queste fusioni produrrebbe un “chirp” gravitazionale simile a quelli osservati con buchi neri di massa stellare. Tali eventi avrebbero una frequenza molto più alta e sarebbero più comuni.
La frequenza di questi chirp primordiali sarebbe troppo alta per gli osservatori attuali come LIGO, ma gli autori notano che alcuni esperimenti attuali sulla materia oscura potrebbero essere in grado di rilevarli. Un modello alternativo per la materia oscura prevede una particella ipotetica nota come assione. Gli assioni sono stati proposti originariamente per risolvere alcune problematiche nella fisica delle particelle ad alta energia e, sebbene abbiano perso popolarità nella fisica delle particelle, hanno guadagnato interesse in cosmologia. Abbiamo effettuato alcuni tentativi di rilevare assioni, ma senza successo. Nell’articolo, gli autori dimostrano come gli esperimenti sugli assioni potrebbero essere leggermente modificati per osservare i chirp delle fusioni dei buchi neri primordiali in condizioni ideali.
Le possibilità di successo sono piuttosto esigue. Sarebbe strano che i buchi neri primordiali esistessero nell’unico intervallo di massa consentito e in nessun altro. Inoltre, le condizioni che potremmo osservare sarebbero piuttosto ristrette. Tuttavia, potrebbe valere la pena fare una ricerca per caso. La natura della materia oscura rimane un grande mistero in astronomia, quindi non abbiamo molto da perdere nel tentare occasionali idee che sembrano impossibili.
Riferimento: Profumo, Stefano, et al. “Il Segnale Maximo di Onde Gravitazionali dalle Fusioni di Buchi Neri Primordiali di Massa Asteroidale.” arXiv preprint arXiv:2410.15400 (2024).