Coelum Astronomia 210 - 2017 - Page 85

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Buchi Neri Primordiali: cosa sono?

Da non confondersi con i più "classici" buchi neri di origine stellare, originati appunto dal collasso gravitazionale di una stella, i buchi neri primordiali sono oggetti, ancora ipotetici, formatisi nell’universo primordiale, dall’estrema densità della materia presente durante l’espansione iniziale dopo il Big Bang.

In accordo con il modello di Big Bang caldo, durante i primissimi momenti di vista dell’universo, la pressione e la temperatura erano tali che semplici fluttuazioni nella densità della materia potevano innescare la formazione di agglomerati e addensamenti di materia in grado di creare buchi neri.

I buchi neri primordiali, in teoria, potrebbero avere una massa anche molto ridotta, dell’ordine di pochi kg, fino a centinaia di masse solari. I buchi neri primordiali più piccoli sarebbero evaporati in tempi relativamente brevi (a causa della radiazione di Hawking) ma altri potrebbero essere sufficientemente stabili da persistere fino al presente. Questi oggetti fanno parte della categoria dei MACHO e sono uno dei candidati a costituire la materia oscura.

MACHO

L’acronimo MACHO (dall’inglese MAssive Compact Halo Object, ossia oggetto compatto massiccio di alone) è nato nei primi anni novanta, nell’ambito degli studi atti a individuare la natura della materia oscura. Con esso si identificano gli oggetti astronomici che potrebbero rappresentare una parte importante della materia oscura presente nell’alone galattico.

L’ipotesi che la massa degli aloni galattici potesse essere spiegata con oggetti astronomici "convenzionali" di scarsa luminosità (quelli che oggi sono chiamati MACHO appunto) è stata avanzata fin dagli anni Settanta, immediatamente dopo le prime misure delle curve di rotazione delle galassie a spirale.

La categoria dei MACHO non comprende solo gli oggetti compatti propriamente detti (come le nane bianche, le stelle di neutroni e i buchi neri) ma anche i pianeti e le nane brune che, come i primi, sono caratterizzati da un rapporto massa/luminosità molto più elevato di quello delle stelle normali (e sono quindi molto meno luminosi). Non fanno parte della categoria gli oggetti simili ma appartenenti invece al piano galattico, come ad esempio il nostro Sistema Solare.

In quel periodo quindi molti teorici si dedicarono allo studio di se e come tali oggetti potessero formarsi, e alcune teorie sembrarono anche promettenti [in particolare gli articoli J. Garcia-Bellido, A. D. Linde, and D. Wands, Physical Review D 54, 6040 (1996), astro-ph/9605094 e T. Nakamura, M. Sasaki, T. Tanaka, and K. S. Thorne, Astrophys. J. Lett. 487, L139 (1997), astro-ph/9708060].

In seguito però, successive osservazioni, ridimensionarono quei risultati. Nel frattempo si stava anche affermando il modello di WIMPs/Cold Dark Matter (Weakly Interacting Massive Particles): il modello che descrive la materia oscura composta da particelle proprie, diverse da quelle previste nel modello standard della fisica delle particelle, che interagirebbero molto debolmente con la materia ordinaria e per questo motivo non ancora osservate. Le due cose assieme avevano fatto passare di moda la proposta del modello “PBHs as DM”, una sigla che tradotta significa appunto i “buchi neri primordiali come materia oscura” (Primordial Black Holes as Dark Matter).