La distribuzione della materia oscura nell'ammasso di galassie Abell 3827 appare come linee di contorno blu in questa foto dal telescopio spaziale Hubble.
(Immagine: © ESO / R. Massey)
I buchi bianchi, che sono teoricamente gli opposti esatti dei buchi neri, potrebbero costituire una parte importante della misteriosa materia oscura che si ritiene costituisca la maggior parte della materia nell'universo, secondo un nuovo studio. E alcuni di questi bizzarri buchi bianchi potrebbero addirittura essere anteriori al Big Bang, hanno detto i ricercatori.
I buchi neri possiedono attrazioni gravitazionali così potenti che nemmeno la luce, la cosa più veloce dell'universo, può sfuggirle. L'invisibile confine sferico che circonda il nucleo di un buco nero che segna il suo punto di non ritorno è noto come il suo orizzonte degli eventi. [Immagini: Black Holes of the Universe]
Un buco nero è una previsione della teoria della relatività generale di Einstein. Un altro è noto come un buco bianco, che è come un buco nero al contrario: mentre nulla può sfuggire all'orizzonte degli eventi di un buco nero, nulla può entrare nell'orizzonte degli eventi di un buco bianco.
Ricerche precedenti hanno suggerito che i buchi neri e i buchi bianchi sono collegati, con la materia e l'energia che cadono in un buco nero potenzialmente emergente da un buco bianco o da qualche altra parte nel cosmo o in un altro universo. Nel 2014, Carlo Rovelli, fisico teorico dell'Università di Aix-Marsiglia in Francia, e i suoi colleghi hanno suggerito che i buchi neri e i buchi bianchi potrebbero essere collegati in un altro modo: quando i buchi neri muoiono, potrebbero diventare buchi bianchi.
Negli anni '70, il fisico teorico Stephen Hawking calcolò che tutti i buchi neri dovevano far evaporare la massa emettendo radiazioni. I buchi neri che perdono più massa di quanto guadagnino dovrebbero ridursi e alla fine svanire.
Tuttavia, Rovelli e i suoi colleghi hanno suggerito che la riduzione dei buchi neri non potrebbe scomparire se il tessuto dello spazio e del tempo fosse quantico, cioè fatto di quantità indivisibili note come quanti. Lo spazio-tempo è quantico nella ricerca che cerca di unire la relatività generale, che può spiegare la natura della gravità, con la meccanica quantistica, che può descrivere il comportamento di tutte le particelle conosciute, in un'unica teoria in grado di spiegare tutte le forze dell'universo .
Nello studio del 2014, Rovelli e il suo team hanno suggerito che, una volta che un buco nero fosse evaporato a un livello tale da non potersi restringere ulteriormente perché lo spazio-tempo non poteva essere schiacciato in qualcosa di più piccolo, il buco nero morente avrebbe poi rimbalzato per formare un bianco buco.
"Ci siamo imbattuti nel fatto che un buco nero diventa un buco bianco alla fine della sua evaporazione", ha detto Rovelli a Space.com.
Oggi si pensa che si formino buchi neri quando stelle enormi muoiono in esplosioni giganti conosciute come supernova, che comprimono i loro cadaveri nei punti infinitamente densi noti come singolarità nei cuori dei buchi neri. Rovelli e i suoi colleghi avevano precedentemente stimato che ci sarebbe voluto un buco nero con una massa pari a quella del sole circa un quadrilione di volte l'età attuale dell'universo per convertirsi in un buco bianco. [Foto di supernova: grandi immagini di esplosioni di stelle]
Tuttavia, lavori precedenti negli anni '60 e '70 avevano suggerito che anche i buchi neri avrebbero potuto originarsi entro un secondo dal Big Bang, a causa delle fluttuazioni casuali di densità nell'universo neonato caldo e in rapida espansione. Le aree in cui queste fluttuazioni hanno concentrato la materia insieme potrebbero essere collassate per formare buchi neri. Questi cosiddetti buchi neri primordiali sarebbero molto più piccoli dei buchi neri a massa stellare e sarebbero morti per formare buchi bianchi nella vita dell'universo, notarono Rovelli e i suoi colleghi.
Anche i buchi bianchi con diametri microscopici potrebbero essere ancora piuttosto massicci, proprio come i buchi neri più piccoli di una graniglia di sabbia possono pesare più della luna. Ora, Rovelli e la coautrice di studio Francesca Vidotto, dell'Università dei Paesi Baschi in Spagna, suggeriscono che questi microscopici buchi bianchi potrebbero costituire la materia oscura.
Sebbene si pensi che la materia oscura costituisca i cinque-sesti di tutta la materia nell'universo, gli scienziati non sanno di cosa sia fatta. Come suggerisce il nome, la materia oscura è invisibile; non emette, riflette o addirittura blocca la luce. Di conseguenza, la materia oscura può attualmente essere seguita solo attraverso i suoi effetti gravitazionali sulla materia normale, come quella che forma stelle e galassie. La natura della materia oscura è attualmente uno dei più grandi misteri della scienza.
La densità locale della materia oscura, come suggerito dal movimento delle stelle vicino al sole, è circa l'1 percento della massa del sole per parsec cubico, che è di circa 34,7 anni cubi di luce. Per tenere conto di questa densità con i buchi bianchi, gli scienziati hanno calcolato che un piccolo buco bianco - molto più piccolo di un protone e circa un milionesimo di grammo, pari a circa la massa di "mezzo pollice di un capello umano", Rovelli detto - è necessario per 2.400 miglia cubiche (10.000 chilometri cubi).
Questi buchi bianchi non emetterebbero alcuna radiazione e, poiché sono molto più piccoli di una lunghezza d'onda della luce, sarebbero invisibili. Se un protone dovesse colpire uno di questi buchi bianchi, il buco bianco "rimbalzerebbe semplicemente", ha detto Rovelli. "Non possono ingoiare nulla." Se un buco nero dovesse incontrare uno di questi buchi bianchi, il risultato sarebbe un singolo buco nero più grande, ha aggiunto. Come se l'idea di buchi bianchi invisibili e microscopici dall'alba dei tempi non fosse abbastanza selvaggia, Rovelli e Vidotto hanno inoltre suggerito che alcuni buchi bianchi in questo universo potrebbero effettivamente precedere il Big Bang. La ricerca futura esplorerà come tali buchi bianchi di un universo precedente potrebbero aiutare a spiegare perché il tempo scorre solo in avanti in questo universo attuale e non anche al contrario, ha detto.
Rovelli e Vidotto hanno dettagliato i loro risultati online l'11 aprile in un documento presentato al concorso annuale della Gravity Research Foundation per saggi sulla gravitazione.
