I più grandi buchi neri dell’universo si sono formati sorprendentemente molto rapidamente, quando il cosmo aveva meno di un miliardo di anni. Era così presto che questi buchi neri potrebbero non essersi formati dalla morte di stelle massicce come alcune teorie hanno proposto, ma potrebbero aver avuto origine nel primo secondo del Big Bang.
Per testare questa possibilità, un team di astrofisici ha escogitato un’idea radicale: gli elementi attorno a questi buchi neri giganti potrebbero essere leggermente diversi dalla media cosmica, preservando una memoria reliquia del giovane universo.
Troppo grande per fallire
Come suggerisce il nome, i buchi neri supermassicci (SMBH) sono giganteschi. I più piccoli sono milioni di volte più massicci del sole e i più grandi, che si trovano al centro di enormi galassie, raggiungono centinaia di miliardi di masse solari. Trovare buchi neri così giganti nell’universo moderno non è una sorpresa, poiché quei buchi neri hanno avuto miliardi di anni per rimpinzarsi di gas e polvere (e altri buchi neri).
Ma recentemente, gli astronomi hanno iniziato a rilevare SMBH nell’universo primordiale. Conosciamo già più di 200 SMBH che esistevano quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni e un SMBH che si è formato quando l’universo aveva meno di 700 milioni di anni.
Ciò significa che si sono formati rapidamente. Troppo velocemente. Comprendiamo come si formano i buchi neri nell’era di oggi. Quando una stella gigante muore, lascia un buco nero fino a poche decine di volte la massa del sole. Quel buco nero si nutre del materiale circostante, trova altri buchi neri e si fonde con loro e alla fine ottiene lo status di supermassiccio.
Il problema è che questi processi richiedono tempo. Quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni, le prime stelle e galassie stavano appena iniziando a formarsi. Generare SMBH nel breve tempo richiesto espande i limiti dei processi astrofisici conosciuti.
Un’origine primordiale
Quindi forse gli SMBH nell’universo non hanno avuto origine da normali processi astrofisici, come la morte delle stelle e una dieta costante di gas. Forse questi buchi neri giganti hanno avuto origine nei primi momenti epocali del Big Bang.
L’universo primordiale era un luogo estremo. Le densità e le pressioni erano abbastanza alte da fondere le forze fondamentali della natura in campi unificati. Nei primi secondi, faceva troppo caldo perché i protoni e i neutroni si congelassero prima di rompersi. In quei tempi tumultuosi, potrebbe essere stato possibile che i contrasti di densità estrema apparissero spontaneamente. E dove ci sono contrasti di densità estremi, dove una grande quantità di massa si accumula in un volume molto piccolo, possono formarsi buchi neri.
Questi sono i cosiddetti buchi neri primordiali, che si ritiene si siano formati attraverso interazioni esotiche nel Big Bang. Gli astronomi hanno passato decenni a cercarli, specialmente attraverso sonde come il fondo cosmico a microonde, la luce rimasta da quando l’universo aveva 380.000 anni. Tutte quelle ricerche sono tornate vuote, escludendo quasi tutti i modelli di formazione primordiale del buco nero.
La parola chiave è “quasi”. Le osservazioni potenzialmente consentono una classe di buchi neri primordiali: buchi neri circa 100.000 volte la massa del sole che si è formato nel primo secondo del Big Bang. Quei buchi neri divoreranno rapidamente qualsiasi materia circostante, rimpinzandosi nelle SMBH che osserviamo nel giovane cosmo.
Ma come distinguere tra buchi neri giganti astrofisici e primordiali?