La materia oscura potrebbe fornire ai buchi neri supermassicci i freni di cui hanno bisogno per scontrarsi al termine di un lungo e spiraleggiante viaggio verso il loro destino.
Secondo una nuova modellazione matematica, un enigma noto come problema del parsec finale può essere risolto dalla presenza di particelle di materia oscura auto-interagente che rimangono raggruppate attorno ai buchi neri , consentendo loro di attraversare la distanza finale tra di essi. Questa scoperta suggerisce che la misteriosa materia che conferisce all’Universo la sua gravità extra deve, quindi, essere in grado di interagire con se stessa, poiché il problema non può essere risolto con modelli di materia oscura non interagente. “Mostriamo che includere l’effetto della materia oscura, precedentemente trascurato, può aiutare i buchi neri supermassicci a superare questo ultimo parsec di separazione e a fondersi”, afferma il fisico Gonzalo Alonso-Álvarez presso l’Università di Toronto e la McGill University. “I nostri calcoli spiegano come ciò può accadere, in contrasto con quanto si pensava in precedenza”. Trovati nel cuore delle galassie, i buchi neri supermassicci pongono agli astronomi un enorme enigma. Sappiamo che i buchi neri di dimensioni più piccole si formano dai nuclei collassati di stelle massicce che hanno esaurito il combustibile di fusione e hanno tirato le cuoia cosmiche. Queste masse più piccole possono fondersi in altre più grandi ; la fusione di buchi neri più massiccia rilevata fino ad oggi ha prodotto un oggetto con una massa equivalente a 142 soli . I buchi neri supermassicci hanno una massa da milioni a miliardi di volte quella del Sole. È ragionevole supporre che possano raggiungere quelle dimensioni fondendosi con altri buchi neri di dimensioni mostruose. Hanno individuato buchi neri supermassicci che orbitano l’uno attorno all’altro dopo che le loro galassie si sono fuse, nel corso della storia dell’Universo , apparentemente in rotta di collisione . Ciò che non è chiaro, tuttavia, è come questi buchi neri supermassicci si scontrano. Secondo i modelli, quando i buchi neri supermassicci ruotano l’uno attorno all’altro, trasferiscono la loro energia orbitale alle stelle e al gas che li circondano, facendo sì che la loro orbita diventi sempre più piccola. Man mano che la loro separazione si riduce, diminuisce anche la quantità di cose che possono rubare loro lo slancio. Quando sono distanti circa un parsec, ovvero 3,2 anni luce o giù di lì, il loro vicinato galattico non può più supportare un ulteriore decadimento orbitale, quindi l’orbita dei buchi neri si stabilizza per quello che potrebbe essere un periodo di tempo molto lungo. Quanto? Be’, più lungo di quanto l’Universo esista, almeno. Un modo per determinare se i buchi neri supermassicci si siano davvero fusi in passato coinvolge le onde gravitazionali ; vaste increspature nel tessuto dello spazio-tempo causate da grandi masse quando cambiano velocità. Se i buchi neri supermassicci si scontrano in tutto l’Universo, dovrebbe esserci un caratteristico “ronzio” di fondo di onde gravitazionali a bassissima frequenza che si increspano costantemente in tutto l’Universo.
Hanno finalmente rilevato un ronzio di fondo di onde gravitazionali . Il che suggerisce che ci stanno perdendo una parte critica della storia della collisione di buchi neri supermassicci. Questo è l’ ultimo problema di parsec . La materia oscura potrebbe essere ciò che ci manca. Tuttavia, secondo i precedenti modelli di fusione di buchi neri supermassicci, la loro interazione gravitazionale dovrebbe anche espellere particelle di materia oscura lontano dal sistema che altrimenti potrebbe assorbire quell’ultimo pezzettino di energia orbitale. Ora, il problema con la materia oscura è che non sappiamo cosa sia. Non interagisce con la materia normale dell’Universo oltre la sua attrazione gravitazionale, rendendola estremamente difficile da sondare. La chiamiamo materia oscura come termine segnaposto, in realtà, e gli scienziati stanno cercando di capirne le proprietà studiando il comportamento dell’Universo in altri modi. Alonso-Álvarez e i suoi colleghi si sono chiesti se non fossimo stati troppo frettolosi a scartare la materia oscura come soluzione, così hanno progettato modelli matematici per testarla. E hanno scoperto che la materia oscura che interagisce con se stessa può rimanere nelle vicinanze di buchi neri supermassicci in fusione, dando ai buchi neri qualcosa su cui passare la loro ultima energia orbitale in modo che possano finalmente abbracciarsi, formando un buco nero supermassiccio extra-large. Al momento, i risultati sono piuttosto teorici, ma fanno previsioni che possono essere osservate. Ad esempio, i risultati prevedono un ammorbidimento del ronzio di fondo delle onde gravitazionali , di cui sono già stati visti accenni. E i risultati possono anche essere usati per comprendere gli aloni di materia oscura che circondano le galassie in tutto l’Universo, poiché le particelle devono interagire su scala galattica per essere in grado di risolvere il problema finale del parsec. Infine, i ricercatori affermano che le loro scoperte rappresentano un nuovo strumento per comprendere i misteri della materia oscura. “Il nostro lavoro è un nuovo modo per aiutarci a comprendere la natura particellare della materia oscura”, afferma Alonso-Álvarez. “Abbiamo scoperto che l’evoluzione delle orbite dei buchi neri è molto sensibile alla microfisica della materia oscura e ciò significa che possiamo usare le osservazioni delle fusioni di buchi neri supermassicci per comprendere meglio queste particelle”.