Materia oscura cercasi

Rispondono i buchi neri nani?

di Andrea Signori

La materia oscura: uno dei grandi problemi aperti della scienza contemporanea. C’è ma non si vede. Non che si nasconda o faccia la preziosa. Semplicemente bisogna sapere come osservarla. E’ un tipo di materia che interagisce gravitazionalmente, ma che se ne frega dell’elettromagnetismo. Per questo motivo gli scienziati ne deducono la presenza studiando, per esempio, il comportamento gravitazionale delle galassie, ma non possono averne immagini dirette (non emette e non riflette la luce, che è il mediatore delle immagini). Ci sono possibili candidati al ruolo di materia oscura? Da bravi, gli scienziati si sono scatenati, ma al momento abbiamo soltanto delle ipotesi. Tra le ultime, quella avanzata da Andrew Hayes e Neil Comins, dell’Università del Maine. Secondo una ricerca pubblicata dai due scienziati su arXiv, il “lato oscuro” della materia potrebbe essere popolato da buchi neri nani, ovvero di massa inferiore a due masse solari, finora sconosciuti agli astrofisici.

Rappresentazione di fantasia di un buco nero. Che cosa ci sarà lì dentro?

I buchi neri sono ottimi candidati al ruolo di materia oscura in quanto “neri”: infatti, a meno di effetti quantistici, da un certo limite nel loro campo gravitazionale non sfugge nulla, nemmeno la radiazione elettromagnetica. I buchi neri ordinari si formano per collasso gravitazionale di stelle con una massa almeno doppia rispetto a quella del Sole. Quelli nani, secondo Hayes e Comins, nascono invece in seguito a eventi violenti, come le esplosioni di supernova (di entrambi i tipi, I e II) o le collisioni tra oggetti stellari molto massicci. Le condizioni fisiche estreme di questi eventi sono sufficienti a far collassare la materia coinvolta oltre il limite di Schwarzschild. A questo punto sorge però spontanea una domanda: se davvero esistono… perché nessuno li ha ancora scoperti? Hayes e Comins spiegano che le esplosioni di supernova potrebbero averli spinti oltre i confini della regione centrale della Via Lattea, dove gli astrofisici hanno finora condotto le proprie osservazioni.

La deformazione dello spaziotempo prodotta da diversi corpi: un buco nero corrisponde a una situazione "singolare" delle soluzioni delle equazioni di Einstein.

Ma non tutti sono d’accordo con la proposta di Hayes e Comins. Ad esempio Hans-Thomas Janka, del Max Planck Institute for Astrophysics, è molto scettico, perché ritiene che le supernovae non siano capaci di espellere abbastanza materia per lasciare come residuo un buco nero nano.. Al contrario, altri (come Stephen Hawking) si sono spinti ben oltre l’ipotesi dei due scienziati del Maine, concependo buchi neri addirittura microscopici come “candidati oscuri”, figli del Big Bang. Si anche è speculato sulla loro possibile produzione nell’LHC del CERN.

Esistono molti altri candidati al ruolo di materia oscura, oltre ai buchi neri: ad esempio le WIMPs (particelle insensibili alla forza elettromagnetica e a quella nucleare forte, sensibili unicamente alla gravità e alla forza nucleare debole) e alcune particelle supersimmetriche, come il neutralino. Come già detto, i cervelli sono sguinzagliati. Le conferme sperimentali, invece, sono ferme al palo. Perciò attendiamo ulteriori sviluppi, soprattutto dalla “nuova fisica”, oltre il Modello Standard, che potrebbe presto emergere a Ginevra.

Andrew P. Hayes, & Neil F. Comins (2011). A Mechanism for the Present-Day Creation of a New Class of Black Holes arXiv arXiv: 1104.2501v1