Un modello della formazione dei buchi neri supermassicci basato sugli aloni di materia oscura

Il quasar J1243+0100 (Immagine ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))
Il quasar J1243+0100 (Immagine ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal Letters” riporta un modello della formazione dei buchi neri supermassicci che spiega la rapida crescita di quelli osservati nell’universo primordiale. Wei-Xiang Feng, Hai-Bo Yu e Yi-Ming Zhong propongono un modello in cui i cosiddetti semi da cui si formano questi giganteschi buchi neri vengono generati da un alone di materia oscura auto-interagente. Secondo questo modello, il collasso che forma il seme viene accelerato dalla materia barionica, quella comune, uno scenario unificato tra i due tipi di materia.

Le osservazioni compiute negli ultimi decenni indicano che è normale che una galassia abbia al suo centro un buco nero supermassiccio la cui massa può essere milioni o addirittura miliardi di volte quella del Sole. Vari modelli sono stati proposti per spiegare la formazione di buchi neri di tali masse e la cosa più difficile è spiegare quelli scoperti nell’universo primordiale. Alcuni buchi neri supermassicci che vediamo com’erano quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni si sono formati in tempi rapidissimi da un punto di vista astronomico ma come? Questo nuovo studio propone una soluzione basata sulla materia oscura.

Gli effetti gravitazionali rilevati comunemente nelle galassie sono decisamente troppo elevati per la quantità di materia rilevabile al loro interno. La materia oscura è il modello maggiormente accettato per spiegare tali effetti. Secondo questo modello, un alone di materia oscura permette alla materia comune di addensarsi nelle galassie che hanno formato l’universo come lo vediamo oggi. Secondo questo nuovo studio c’è molto di più.

Nel nuovo modello, la forza di gravità attira le particelle di materia oscura di un alone verso il suo interno ma c’è una pressione termica che le spinge verso l’esterno. Se le particelle si scaldano quando vengono attirate verso il centro, la loro velocità aumenta e anche la pressione aumenta finché non vengono respinte. Se queste particelle interagssero, il loro calore si trasferirebbe alle vicine più fredde e non verrebbero spinte verso l’esterno. Questo meccanismo potrebbe essere alla base della formazione del seme di un buco nero supermassiccio.

Anche la rotazione dell’alone è importante perché le auto-interazioni possono generare una viscosità che dissipa il momento angolare. Il collasso riduce le dimensioni di quello che sta diventando un seme e anche la sua rotazione a causa della viscosità finché non diventa una singolarità, cioè il seme. A quel punto la sua forza di gravità comincia ad attrarre materia comune presente nelle vicinanze.

La quantità di materia oscura è molto superiore a quella comune perciò il processo proposto in questo nuovo modello potrebbe avvenire rapidamente da un punto di vista astronomico permettendo di generare buchi neri supermassicci nell’universo primordiale. Secondo i ricercatori, il modello della materia oscura auto-interagente potrebbe spiegare anche il moto osservato in stelle e galassie.

Questo modello è molto interessante, il problema è testarlo, come tutti i modelli riguardanti la materia oscura. Innanzitutto, sono ancora in atto i tentativi di provare che la materia oscura esiste davvero e ci sono modelli alternativi che offrono spiegazioni diverse agli effetti gravitazionali rilevati. La grande quantità di energia emessa dai quasar, alimentati da buchi neri supermassicci, permette di rilevare anche quelli nell’universo primordiale perciò è possibile studiarli. Forse i buchi neri aiuteranno anche a risolvere il mistero della materia oscura.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *