I buchi neri primordiali potrebbero fungere da semi per i quasar
Infografica che descrive la migliore teoria attuale sull'evoluzione dei PBH.
Negli ultimi tempi molti gruppi di ricerca hanno avanzato teorie sui buchi neri primordiali (PBH). Ciò è in parte dovuto al fatto che essi potrebbero essere una potenziale fonte di materia oscura. Tuttavia, se esistessero, avrebbero anche altri ruoli da svolgere nell'universo primordiale. Secondo una recente bozza di articolo pubblicata sul server di preprint arXiv da Jeremy Mould e Adam Batten della Swinburne University, uno di questi ruoli potrebbe essere quello di semi che alla fine formano sia i quasar che le radio galassie.
Si ipotizza che i PBH abbiano avuto origine molto presto nell'universo, nei primi millenni. Invece di essere creati dal collasso di una stella massiccia, come la maggior parte dei buchi neri moderni che conosciamo, sarebbero stati creati da piccole discrepanze nell'ambiente di radiazione che costituiva l'intero universo in quel momento. Nel fondo cosmico a microonde, vediamo queste discrepanze come piccole fluttuazioni nel segnale che ancora raggiunge la Terra, anche se nessuno ha ancora collegato in modo definitivo queste discrepanze alla formazione dei PBH.
Ma se i PBH fossero esistiti già in quella fase iniziale, la loro forza gravitazionale avrebbe potuto fungere da “seme” per l'accrescimento di altro gas e polvere, consentendo loro di crescere fino a diventare i buchi neri supermassicci che si trovano al centro degli oggetti più luminosi conosciuti nell'universo: i quasar.
I quasar variano nella loro luminosità nel tempo, e la funzione di luminosità dei quasar (QLF) che definisce tale cambiamento è un importante elemento matematico che mostra come i quasar si evolvono e influenzano la formazione delle galassie che li circondano.
È importante sottolineare che la matematica alla base della QLF, definita dalle osservazioni dei quasar stessi, è perfettamente in linea con le previsioni avanzate dalla teoria che mostra i PBH come semi che evolvono in quasar. Si adatta anche a una formula matematica chiamata funzione di Schechter, conferendo maggiore credibilità alla teoria. Ma, cosa importante, offre anche una soluzione a ciò che alimenta i quasar in primo luogo.
Le piccole galassie potrebbero essere il combustibile che illumina i quasar mentre li inghiottono, anche se sarebbero invisibili a noi a una tale distanza. Man mano che il buco nero supermassiccio al centro del quasar consuma tutte le galassie vicine, inizia lentamente a perdere la sua luminosità, seguendo la curva QLF che mostra che è probabile che sia meno luminoso quanto più è vecchio (cioè quanto più alto è lo spostamento verso il rosso).
Un'altra interessante conseguenza della teoria avanzata nell'articolo è il legame tra i quasar e le radio galassie, un tipo di galassia che emette forti impulsi nello spettro radio. Se la teoria secondo cui i quasar sono “generati” dai buchi neri primordiali è corretta, essi potrebbero alla fine trasformarsi in radio galassie una volta che si saranno calmati e avranno consumato tutta la materia più vicina a loro.
Per dimostrare questo punto, gli autori sottolineano che esistono somiglianze tra le funzioni di luminosità dei quasar e delle radio galassie, solo che l'ampiezza complessiva delle radio galassie è ridotta. Tuttavia, poiché sono ridotte, durano anche più a lungo: secondo l'articolo, la durata prevista di una radio galassia è circa 10 volte quella di un quasar.
Sebbene questa teoria sia in linea con gran parte dei dati osservativi raccolti finora sui quasar e sulle radio galassie, formula anche alcune previsioni che la rendono falsificabile. In primo luogo, suggerisce che i quasar potrebbero essere utilizzati come candele standard per la misurazione delle distanze cosmologiche, un ruolo attualmente ricoperto dalle supernove di tipo Ia grazie alla loro luminosità standardizzata. L'origine dei quasar dai PBH potrebbe fornire una base di riferimento per comprenderne la luminosità, consentendo loro di essere utilizzati anche come candele standard.
Forse il telescopio spaziale James Webb sarà in grado di catturare informazioni sui quasar ancora più indietro nel tempo di quanto sia mai stato possibile prima. Se i nuovi dati saranno in linea con le previsioni formulate dalla teoria, allora, secondo la versione idealizzata del metodo scientifico, essa guadagnerà terreno tra gli altri scienziati.
Potrebbe volerci un po' di tempo prima che Webb rilasci dati in grado di confermare o smentire la teoria, ma è sempre bello avere una teoria in cosmologia con previsioni chiaramente dimostrabili. Se ciò dovesse portare i cosmologi ad acquisire un altro modo per misurare la distanza e una migliore comprensione della formazione delle galassie nell'universo primordiale, sarebbe solo un ulteriore vantaggio.