Girolamo CastaldoBuchi neri e materia oscura: due dei più grandi misteri dell’universo.
Ma mentre i primi, pur non essendo del tutto compresi, sono stati direttamente osservati pochi anni fa, della seconda finora si hanno solo prove indirette.
Ora però un nuovo studio aggiunge un importante tassello al complesso puzzle rappresentato dalla materia oscura, in connessione proprio coi buchi neri.
Andiamo quindi ad esaminarlo, dopo una breve introduzione sui due “attori protagonisti”.
Il buco nero, uno degli oggetti più spaventosi dell’universo
Come ci ricorda Wikipedia (qui per approfondire), un buco nero ha un campo gravitazionale così forte che nemmeno la luce, cioè la cosa più veloce nell’universo, riesce a sfuggirgli: ecco perché viene definito “nero”, e il suo contenuto è per noi invisibile.
La dimostrazione teorica della sua esistenza risale al 1916, quando il fisico e astronomo Karl Schwarzschild lo scoprì come una delle soluzioni delle equazioni della relatività generale di Einstein.
Ma bisognerà aspettare oltre un secolo per avere la prima prova concreta: sono difatti del 2017 le osservazioni dell’Event Horizon Telescope che fotografano il buco nero M87*, situato al centro della galassia Messier 87 (qui per la foto, resa pubblica due anni dopo).
Un buco nero è caratterizzato da una massa estremamente compatta, che può essere anche milioni di volte superiore a quella del Sole, e che in quanto tale è in grado di deformare lo spazio e il tempo attorno a sé, come spiegato nuovamente dalla teoria delle relatività generale.
Il punto di non ritorno, superato il quale nulla può sfuggire alla sua attrazione fatale, è chiamato orizzonte degli eventi; inoltre, spesso un buco nero presenta un disco di accrescimento, cioè un misto di gas, polvere e altra materia che gli ruota vorticosamente attorno, generando per frizione il luminoso anello arancione che si vede nelle foto.
La materia oscura, questa sconosciuta
Sempre facendo riferimento a Wikipedia (qui per approfondire), possiamo definire la materia oscura come una forma di materia solo presunta, ma che rappresenterebbe circa l’85% della materia complessiva nell’universo.
In questo caso la denominazione di “oscura” si riferisce al fatto che essa non interagisce con la luce, e quindi ci risulta a tutti gli effetti invisibile.
Nonostante si inizi a parlare di materia oscura già alla fine del 1800, è solo negli anni 60 e 70 del secolo scorso che si ottengono forti prove indirette della sua esistenza, grazie in particolare alle osservazioni di Vera Rubin, Kent Ford e Ken Freeman.
In teoria, poiché la maggior parte della massa visibile (stelle, pianeti e altro) di una galassia si trova solitamente al suo centro, secondo le leggi di Keplero la velocità di rotazione della galassia stessa dovrebbe diminuire a mano a mano che ci si allontana dal centro.
Ma le osservazioni di Rubin, Ford e Freeman contraddicevano in maniera evidente questa conclusione; di conseguenza, era logico ipotizzare che ci fosse qualcosa di invisibile all’esterno delle galassie, la materia oscura appunto, che creasse con la sua massa un altro “centro di gravità” per alimentarne la velocità di rotazione.
Materia oscura e buchi neri, finalmente insieme
E arriviamo così al 2023, ancora ignari di cosa sia esattamente la materia oscura, se cioè si tratti di una particella sconosciuta, di un qualche strano fenomeno fisico o semplicemente di un errore nelle formule per il calcolo della gravità.
Ma come ci segnala il divulgatore scientifico Anton Petrov (qui il video completo), uno studio recente parrebbe portare (tanta) acqua al mulino della prima ipotesi, cioè che la materia oscura sia qualcosa di concreto.
Partendo dall’ipotesi che anche la materia oscura possa essere “fagocitata” dai buchi neri, e in alcuni casi anche creare un secondo, invisibile, disco di accrescimento con gli “avanzi” del pasto, Man Ho Chan e Chak Man Lee della Education University di Hong Kong (qui lo studio completo) hanno analizzato due diversi buchi neri, entrambi in orbita con una stella (cioè, in un sistema binario).
A causa dell’attrazione gravitazionale del buco nero, la stella gli si avvicina sempre più ad ogni orbita, un fenomeno chiamato “decadimento orbitale”.
Ma i due ricercatori hanno scoperto che, per entrambi i sistemi binari, il decadimento orbitale era cinquanta volte superiore al previsto; hanno quindi pensato di inserire la presenza di materia oscura attorno al buco nero nei loro calcoli, et voilà, improvvisamente essi combaciavano perfettamente con le osservazioni!
Ovviamente bisognerà attendere ulteriori analisi di altri sistemi binari per confermare la scoperta, ma questo studio, il primo nel suo genere, ha il potenziale per rappresentare una svolta nella nostra conoscenza sia della materia oscura, che dei buchi neri e, in definitiva, dell’universo in cui viviamo.