L’universo primordiale ha sperimentato la transizione di fase che ha creato buchi neri supermassicci, suggerisce lo studio

La formazione di buchi neri supermassicci ultra rari, con masse superiori a un miliardo di masse solari, nel primo miliardo di anni dell’Universo è una questione aperta in astrofisica. I fisici teorici del Brookhaven National Laboratory Hooman Davoudiasl, Peter Denton e Julia Gehrlein hanno sviluppato un modello per spiegare la formazione di questi giganti primordiali e la natura di un altro fenomeno: la materia oscura. Il loro articolo è stato pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica.

L’impressione di questo artista mostra l’evoluzione dell’Universo a partire dal Big Bang a sinistra seguito dall’apparizione del Fondo cosmico a microonde. La formazione delle prime stelle pone fine all’età oscura cosmica, seguita dalla formazione delle galassie. Credito immagine: M. Weiss / Centro di astrofisica Harvard-Smithsonian.

“Prima che esistessero le galassie, l’Universo era caldo e denso, e questo è ben stabilito”. ha detto Denton.

“Il modo in cui l’Universo si è raffreddato a ciò che osserviamo oggi è una questione di interesse perché non abbiamo dati sperimentali che descrivono come sia successo”.

“Possiamo prevedere cosa è successo alle particelle conosciute perché interagiscono spesso. Ma cosa succede se ci sono particelle non ancora conosciute là fuori che si comportano in modo diverso?

Per esplorare questa domanda, i ricercatori hanno sviluppato un modello per un settore oscuro dell’Universo, dove le particelle ancora da scoprire abbondano e raramente interagiscono.

Tra queste particelle potrebbe esserci materia oscura ultraleggera, che si prevede sia 28 ordini di grandezza più leggera di un protone.

“La frequenza delle interazioni tra particelle conosciute suggerisce che la materia, come la conosciamo, non sarebbe collassata in buchi neri in modo molto efficiente”, ha affermato il dott. ha detto Denton.

“Ma, se ci fosse un settore oscuro con materia oscura ultraleggera, l’Universo primordiale avrebbe potuto avere le condizioni giuste per una forma di collasso molto efficiente”.

Osservazioni recenti hanno suggerito che i buchi neri supermassicci si siano formati nell’Universo primordiale, molto prima di quanto i fisici pensassero in precedenza.

Questa scoperta lascia poco tempo per spiegare la crescita dei buchi neri supermassicci.

“Abbiamo teorizzato come le particelle nel settore oscuro potrebbero subire una transizione di fase che consente alla materia di collassare in modo molto efficiente in buchi neri”, ha affermato il dott. ha detto Denton.

“Quando la temperatura dell’Universo è giusta, la pressione può improvvisamente scendere a un livello molto basso, permettendo alla gravità di prendere il sopravvento e alla materia di collassare”.

“La nostra comprensione delle particelle conosciute indica che questo processo normalmente non accadrebbe”.

Una tale transizione di fase sarebbe un evento drammatico, anche per qualcosa di così spettacolare come l’Universo.

“Questi crolli sono un grosso problema. Emettono onde gravitazionali. Quelle onde hanno una forma caratteristica, quindi facciamo una previsione per quel segnale e la sua gamma di frequenza prevista, “Dr. ha detto Denton.

Gli attuali esperimenti sulle onde gravitazionali non sono abbastanza sensibili per convalidare la teoria, ma gli esperimenti di prossima generazione potrebbero essere in grado di rilevare i segnali di quelle onde.

E sulla base della forma caratteristica delle onde, i fisici potrebbero quindi restringere i dettagli della formazione di buchi neri supermassicci.

Fino ad allora, gli scienziati continueranno a valutare nuovi dati e perfezionare il loro modello.

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Hooman Davoudiasl et al. 2022. Buchi neri supermassicci, materia oscura ultraleggera e onde gravitazionali da una transizione di fase del primo ordine. Phys. Rev. Lett 128 (8): 081101; doi: 10.1103 / PhysRevLett.128.081101

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