Gli scienziati suggeriscono che i buchi neri supermassicci potrebbero essere composti da materia oscura

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Gli scienziati suggeriscono che i buchi neri supermassicci potrebbero essere composti da materia oscura
Gli scienziati suggeriscono che i buchi neri supermassicci potrebbero essere composti da materia oscura
Anonim

Ci sono due problemi ben noti nelle teorie sull'origine delle galassie che gli scienziati stanno cercando di risolvere da molto tempo. Una nuova ricerca sta aiutando a trovare un approccio per entrambi: gli scienziati hanno suggerito che i buchi neri supermassicci potrebbero formarsi direttamente dalla materia oscura. I fisici commentano questa teoria per Forskning.

Questo potrebbe spiegare come i buchi neri si siano formati così presto nella storia dell'universo, secondo una nuova ricerca.

Sembra che la maggior parte delle galassie abbia un buco nero al centro.

La massa di questi mostri è centinaia di migliaia, e talvolta miliardi di volte superiore alla massa di una stella normale. Consumano gas e stelle che si avvicinano troppo.

I buchi neri possono verificarsi quando una grande stella muore e collassa su se stessa. Ma gli scienziati non sono sicuri da dove provenissero i giganti supermassicci all'inizio della storia dell'universo.

Carlos R. Argüelles dell'Università Nazionale Argentina di La Plata, insieme a tre colleghi scientifici, ha considerato con attenzione la seguente ipotesi: i buchi neri supermassicci potrebbero formarsi direttamente dalla materia oscura?

Materia oscura

La materia oscura è un tipo di sostanza nell'universo di cui sappiamo molto poco e di cui non siamo ancora stati in grado di calcolare i volumi. Probabilmente, la massa di questa sostanza invisibile è sei volte la massa della sostanza visibile dell'universo.

È stato suggerito che la materia oscura sia semplicemente atomi ordinari difficili da rilevare. Così come nane brune e gas. Ma la maggior parte dei fisici crede che questo sia un tipo speciale di particelle non ancora scoperto.

Gli scienziati ritengono che la materia oscura si trovi, come una bolla o un alone sparso, attorno alle galassie e si estenda anche molto più lontano delle stelle più esterne.

“Nella galassia vediamo le stelle, ma la maggior parte della galassia, vale a dire la materia oscura, non la vediamo. Lo chiamiamo alone di materia oscura , ha detto Torsten Bringmann, professore all'Università di Oslo che studia la materia oscura, a Forskning.

La materia oscura crea ulteriore gravità che mantiene le stelle nelle posizioni attuali. Inoltre, un alone di materia oscura, ad esempio, potrebbe spiegare perché la Via Lattea gira più velocemente di quanto dovrebbe.

Nubi centrali dense

I ricercatori che hanno pubblicato un nuovo studio teorico suggeriscono che i buchi neri supermassicci si siano formati direttamente dalla materia oscura all'inizio dell'universo.

Gli scienziati hanno scoperto che le nuvole o gli aloni di materia oscura a volte hanno un nucleo denso. E questo nucleo può diventare così denso che a un certo punto la materia collassa allo stato di un buco nero supermassiccio.

Gli scienziati ipotizzano che nelle piccole galassie nane questa densità critica potrebbe non essere stata raggiunta. In essi, il nucleo della materia oscura può solo assomigliare a un buco nero e l'alone esterno spiega le curve di rotazione osservate di tali galassie.

“Questo modello mostra che gli aloni di materia oscura possono avere nuclei densi. È possibile che giocheranno un ruolo decisivo nei nostri sforzi per capire come si formano i buchi neri supermassicci , ha scritto Carlos R. Argüelles in un comunicato stampa.

Apparso in anticipo

Secondo gli scienziati, questa ipotesi potrebbe spiegare come i buchi neri supermassicci si siano formati così presto nell'universo.

Alcuni enormi buchi neri sono stati creati molto prima che l'universo avesse un miliardo di anni. Nel 2017, la NASA ha riferito di aver scoperto il più antico buco nero scoperto. Appena 690 milioni di anni dopo il Big Bang, questo gigante era già 800 milioni di volte più massiccio del Sole.

Secondo il Big Norwegian Dictionary, ci sono diverse ipotesi su ciò da cui potrebbero essersi formati. Ad esempio, dai normali buchi neri, una sorta di "semi" che hanno attratto sempre più materia e sono cresciuti a lungo.

Un'altra ipotesi è che diversi buchi neri di ammassi di stelle morte si siano semplicemente fusi insieme. Inoltre, i buchi neri supermassicci potrebbero essersi formati direttamente dal collasso delle nubi di gas all'inizio dell'universo.

"Questo nuovo scenario per la loro comparsa può probabilmente fornire una spiegazione naturale di come i buchi neri supermassicci siano comparsi all'inizio dell'universo, senza la necessità di presumere che le stelle o alcuni 'semi' siano apparsi prima sotto forma di buchi neri ordinari, che poi è cresciuto in modo irrealistico rapidamente.", spiega Arguelles.

Si presumeva prima

Thorsten Bringmann dell'Università di Oslo ha esaminato il nuovo studio.

Questa non è la prima volta che gli scienziati suggeriscono che la materia oscura è la fonte di buchi neri supermassicci, ha detto.

"Sostiene di aver fatto l'analisi più realistica di tutti fino ad oggi", afferma Bringmann. "Gli scienziati descrivono la distribuzione delle particelle di materia oscura e il loro movimento all'inizio, cioè quando si formano aloni o queste strutture".

Di conseguenza, hanno ottenuto modelli di alone con un grande buco nero nel mezzo.

Forskning: c'è differenza tra un buco nero supermassiccio fatto di materia oscura e la materia ordinaria?

Thorsten Bringmann: No. Questa è una delle grandi scoperte della relatività generale. Un buco nero è descritto solo da tre numeri. Massa, velocità di rotazione e carica.

In effetti, anche la carica non è particolarmente importante, perché se il buco nero risulta essere caricato negativamente, attirerà immediatamente su di sé una carica positiva.

“Quindi in realtà solo due numeri descrivono completamente un buco nero. Puoi gettarci dentro un'intera libreria e tutte le informazioni scompariranno e rimarranno solo due numeri.

neutrini sterili

Bringmann spiega che gli scienziati hanno scelto un candidato di materia oscura abbastanza comune chiamato neutrini sterili.

I neutrini sono "particelle fantasma" sfuggenti che difficilmente interagiscono con la materia ordinaria. Gli scienziati hanno suggerito che i neutrini possono avere "fratelli" più pesanti, chiamati neutrini sterili. Queste ipotetiche particelle sono influenzate solo dalla gravità - non sono più influenzate da alcuna forza naturale.

Appena sotto il confine

I ricercatori hanno suggerito che la massa di tale particella dovrebbe essere appena al di sotto del limite oltre il quale la sua esistenza è stata esclusa dall'osservazione, afferma Bringmann.

Quello che viene chiamato il modello standard in cosmologia, ΛCDM (Lambda-CDM Model), descrive l'evoluzione dell'universo con l'aiuto dell'energia oscura e della materia oscura "fredda". Molte persone sono d'accordo con questo modello.

“Il fatto che la materia oscura sia fredda significa solo che all'inizio della formazione della struttura dell'universo, non ha una velocità degna di nota. Prende velocità solo quando c'è un potenziale gravitazionale e la gravità lo accelera , afferma Bringmann.

Questo stabilisce un limite alla velocità con cui le particelle possono muoversi all'inizio e quanta massa possono avere.

"Se si muovono troppo velocemente, la struttura non si forma nella modellazione, il che non è coerente con ciò che vediamo su scala più ampia", afferma Bringmann.

Le particelle nello studio sono il più veloci o "calde" possibile all'interno del modello.

Secondo Bringmann, se determinassimo le proprietà della materia oscura in modo del tutto casuale, difficilmente arriveremmo a tale risultato.

"Ma è del tutto possibile."

Una delle tante possibili soluzioni

Bringmann ricorda che ci sono due problemi ben noti nelle teorie sulla formazione delle galassie che gli scienziati stanno cercando di risolvere.

“Sappiamo che, ad esempio, al centro della nostra galassia - e, in generale, al centro di tutte le galassie - ci sono enormi buchi neri. Servono per capire come, in una fase iniziale dello sviluppo dell'universo, si siano formate in generale le galassie.

Ma un problema è che nessuno sa veramente da dove provengano questi buchi neri. Quando gli scienziati modellano la formazione delle galassie, la maggior parte delle volte dicono semplicemente: "Ok, supponiamo che i buchi neri giganti siano esistiti fin dall'inizio".

E quando viene avviata la simulazione, tutto è molto simile a ciò che osserviamo nella realtà grazie a potenti telescopi.

Il secondo problema è chiamato "problema delle cuspidi" e riguarda la distribuzione della materia oscura nelle galassie nane, spiega Bringmann. Qui, durante la modellazione, risulta non proprio quello che ci si aspetta. Al centro delle galassie nane viene prodotta troppa materia oscura.

“Sorprendentemente, questo nuovo studio affronta entrambi questi problemi con la stessa descrizione. È incredibilmente interessante , afferma Bringmann.

Ma ci sono altri modelli che possono aiutare a risolvere questi problemi. Probabilmente, non ci sarà consenso su quale di loro sia il migliore.

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