Le particelle teoriche della materia oscura potrebbero offrire una spiegazione al processo di fusione dei buchi neri supermassicci (SMBH) situati al centro delle galassie. Questa ipotesi potrebbe anche contribuire a chiarire alcuni aspetti misteriosi del comportamento della materia oscura su scale cosmiche. I SMBH rivestono un ruolo fondamentale nella comprensione di molte caratteristiche cruciali dell’universo, dalle luminose quasar distanti al modo in cui gli elementi si distribuiscono all’interno delle galassie.
Tuttavia, nonostante la loro importanza, alcuni aspetti del comportamento dei SMBH rimangono ancora poco chiari, tra cui il processo di fusione tra di essi. Il cosiddetto “problema del parsec finale” si riferisce al fatto che i modelli di fusione galattica suggeriscono che le fusioni tra SMBH al centro delle galassie non dovrebbero essere eventi rari. Invece, sembra che i SMBH tendano ad avvicinarsi fino a distanze di pochi anni luce l’uno dall’altro, ma poi rallentino drasticamente prima di fondersi.
Sebbene siano stati osservati casi di SMBH che orbitano tra loro, esistono anche numerosi esempi di galassie fuse con un singolo SMBH al centro. Questo solleva interrogativi sul perché alcuni SMBH diventino così enormi se le fusioni sono eventi rari. Inoltre, vi sono indizi, sebbene non definitivi, di un background di onde gravitazionali generato da tali fusioni che influenzano il timing dei pulsar.
Un nuovo studio suggerisce che le particelle di materia oscura potrebbero svolgere un ruolo chiave in questo processo. A differenza delle particelle con la stessa carica, le particelle di materia oscura non si respingono, aprendo la possibilità di fusioni attraverso collisioni frontali. Tuttavia, questo meccanismo risulta essere troppo raro per spiegare la distribuzione osservata. Più comunemente, i SMBH finiscono per orbitarsi reciprocamente, simile a quanto avviene tra i buchi neri stellari di dimensioni minori.
In entrambi i casi, la distanza tra i SMBH si riduce gradualmente a causa delle onde gravitazionali che disperdono energia. Tuttavia, data la loro enorme massa, i SMBH generano quantità fenomenali di energia durante le loro orbite. Per dissipare questa energia in modo efficiente, è necessario il trasferimento di energia alla materia circostante, un processo noto come attrito dinamico.
Inizialmente, l’attrito dinamico funziona efficacemente, ma una volta che la materia circostante ha assorbito l’energia trasferita, essa si allontana rapidamente, interrompendo il processo. Se le onde gravitazionali diventano l’unico mezzo di dissipazione dell’energia, il ritmo di avvicinamento tra i SMBH rallenterebbe al punto che le fusioni richiederebbero più tempo di quanto l’universo abbia avuto finora.
Di conseguenza, i fisici hanno ipotizzato l’esistenza di un altro meccanismo di dissipazione dell’energia, ma la sua natura è rimasta un enigma. Un team di ricerca guidato dal Dr. Gonzalo Alonso-Álvarez dell’Università di Toronto ha proposto una soluzione a questo dilemma.
“Mostriamo che includere l’effetto della materia oscura trascurato in precedenza potrebbe consentire ai buchi neri supermassicci di superare il parsec finale di separazione e fondersi”, ha dichiarato Alonso-Álvarez. “I nostri calcoli spiegano come ciò possa avvenire, contrariamente alle ipotesi precedenti. Poiché la natura della materia oscura è ancora sconosciuta, non possiamo prevedere con certezza il comportamento delle sue particelle, specialmente in condizioni così estreme.”
I modelli precedenti assumevano che la materia oscura nelle vicinanze dei SMBH sarebbe stata dispersa, ma il team di Alonso-Álvarez ha considerato un’alternativa: le interazioni tra le particelle di materia oscura potrebbero impedire la loro dispersione.
“La possibilità che le particelle di materia oscura interagiscano tra loro è un’assunzione chiave del nostro studio”, ha spiegato Alonso-Álvarez. “Riteniamo che solo i modelli che includono questo aspetto possano risolvere il problema del parsec finale. Senza la conferma sperimentale di tali interazioni, non possiamo essere certi della validità delle nostre ipotesi, ma esistono test che potrebbero aumentare la nostra fiducia in esse.”
Se i dati futuri confermassero le previsioni del team, ciò potrebbe dissipare i dubbi sull’esistenza della materia oscura, anche se le particelle stesse rimangono ancora invisibili. Questa conferma potrebbe ampliare la nostra comprensione della materia oscura e delle sue implicazioni cosmologiche.
“Il nostro lavoro offre un nuovo approccio per esplorare la natura delle particelle di materia oscura”, ha concluso Alonso-Álvarez. “Queste interazioni potrebbero influenzare la distribuzione della materia oscura attorno alle galassie, contribuendo a modellare la formazione dei grandi ammassi galattici. Questa scoperta è stata sorprendente, considerando che i processi avvengono su scale fisiche separate da diversi ordini di grandezza. È un campo di ricerca affascinante e in continua evoluzione.”
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