Credit: Scott Woods / Western University
in foto: Credit: Scott Woods / Western University

C'è una nuova teoria che descrive l'origine dei buchi neri supermassicci “inspiegabili”, cioè quelli così grandi e antichi che cozzano contro il modello più accreditato per la formazione dei cuori di tenebra, ovvero il collasso di una stella. In parole semplici, questi giganti spaziali – con masse di milioni e miliardi di volte quella del Sole – si sarebbero formati attraverso un processo chiamato collasso diretto, senza il coinvolgimento dei resti di una stella, in base al quale una grande quantità di massa nell'Universo primordiale avrebbe iniziato a collassare e ad accrescersi molto rapidamente, per poi arrestarsi all'improvviso, a causa della radiazione prodotta dalle stelle e da altri buchi neri. Ma procediamo con ordine.

Ricerca canadese. A proporre la nuova teoria sulla formazione dei buchi neri supermassicci sono stati due ricercatori del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università dell'Ontario Occidentale, i professori Shantanu Basu e Arpan Das. Gli scienziati hanno iniziato a lavorare alla teoria del collasso diretto in seguito alla scoperta di numerosi buchi neri supermassicci inspiegabili. Nel 2017 scienziati della Carnegie Institution for Science, della NASA, del Max Planck Institute for Astronomy (Germania) e di altri istituti hanno scoperto un buco nero supermassiccio con una massa 800 milioni di volte superiore a quella del Sole, formatosi completamente appena 690 milioni di anni dopo il Big Bang. All'inizio di quest'anno ricercatori di atenei giapponesi, taiwanesi e americani hanno svelato l'esistenza di altri 83 buchi neri giganteschi, tutti formatisi nell'Universo primordiale e caratterizzati da masse che arrivano anche a miliardi di volte quella del Sole.

Buchi neri inspiegabili. Sono considerati inspiegabili perché secondo la teoria corrente i buchi neri si formerebbero dal collasso di una stella (con una massa superiore ad almeno cinque volte quella del Sole). Quando la stella collassa a causa dell'esaurimento del "carburante" per le reazioni nucleari esplode e dà vita a un evento di singolarità. I buchi neri supermassicci inizierebbero la propria esistenza come quelli normali, diventando giganteschi divorando enormi quantità di materia. Ma è un processo che richiede moltissimo tempo, mentre i buchi neri supermassicci di recente scoperta si sono tutti formati nell'Universo primordiale in breve tempo, troppo poco per permettere l'accumulo di materia sufficiente a farli diventare così grandi. Allora come hanno fatto a formarsi?

Collasso diretto. Shantanu Basu e Arpan Das hanno messo a punto un nuovo modello matematico che prova a spiegare la loro formazione. In pratica, durante la formazione di questi buchi sottoposti al collasso diretto viene superato il cosiddetto limite di Eddington, il limite della luminosità di un oggetto celeste (come una stella) che è legato all'equilibrio tra la forza di gravità all'interno e la pressione di radiazione verso l'esterno, che tenderebbe a farlo dissolvere. Durante una supernova, ad esempio, l'equilibrio si spezza e la stella “muore”. Durante la formazione dei buchi neri supermassicci, come dimostrato dai due ricercatori col modello matematico, quel limite verrebbe superato di un poco dando vita a un processo chiamato accrescimento super-Eddington. “I buchi neri supermassicci hanno avuto solo un breve lasso di tempo durante il quale si sono accresciuti velocemente, poi a un certo punto a causa di tutte le radiazioni nell'universo create da altri buchi neri e stelle la loro produzione si è arrestata. Questo è lo scenario del collasso diretto”, ha spiegato il professor Basu. “Questa è una prova indiretta dell'osservazione che i buchi neri provengono da collassi diretti e non da resti stellari”, ha aggiunto lo studioso. I dettagli della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica specializzata The Astrophysical Journal Letters.