Un nuovo studio ha analizzato la possibilità che i quasar siano stati formati da buchi neri dell’Universo primordiale.
Di recente, molti gruppi hanno teorizzato sui buchi neri primordiali (PBH). Ciò è dovuto in parte alla loro candidatura come potenziale fonte di materia oscura. Ma, se esistessero, avrebbero avuto anche altri ruoli da svolgere nell’universo primordiale. Secondo una recente bozza di articolo pubblicata su arXiv da Jeremy Mould e Adam Batten della Swinburne University, uno di questi ruoli potrebbe essere quello di semi che alla fine formeranno sia i quasar che le radiogalassie. Si ipotizza infatti che i PBH abbiano avuto origine molto presto nell’universo, entro le prime migliaia di anni. Invece di essere stati creati dal collasso di una stella massiccia, come la maggior parte dei buchi neri moderni a cui pensiamo, sarebbero stati creati da piccole discrepanze nell’ambiente di radiazione che costituiva l’intero universo a quel tempo. Nel fondo cosmico a microonde, vediamo queste discrepanze come piccole fluttuazioni nel segnale che ancora raggiunge la Terra, sebbene nessuno abbia ancora collegato definitivamente queste discrepanze alla formazione dei PBH.
Semi per i quasar
Ma se i PBH fossero esistiti così presto, la loro attrazione gravitazionale avrebbe potuto agire come un “seme” per l’accrescimento di altro gas e polvere che avrebbe poi permesso 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 del quasar (QLF), che definisce tale variazione, è un importante elemento matematico che mostra come i quasar si evolvono e influenzano la formazione delle galassie attorno a sé.
È importante notare che la matematica alla base del QLF, definita dalle osservazioni dei quasar stessi, si allinea perfettamente con le previsioni avanzate dalla teoria che mostra i PBH agire come un seme che si evolve in un quasar. Corrisponde anche a una formula matematica chiamata Funzione di Schechter, che conferisce ulteriore credibilità alla teoria. Ma, cosa ancora più importante, offre anche una soluzione a ciò che alimenta i quasar in primo luogo.
Le piccole galassie potrebbero essere il carburante che illumina i quasar mentre li inghiottono, sebbene sarebbero invisibili a noi a tale distanza. Man mano che il buco nero supermassiccio al centro del quasar inghiotte tutte le galassie vicine, inizia lentamente a perdere luminosità, seguendo la curva QLF che mostra come la sua luminosità sia probabilmente minore quanto più è vecchio (ovvero quanto più è elevato lo spostamento verso il rosso).
L’origine delle radiogalassie
Un’altra interessante conseguenza della teoria proposta nell’articolo è un legame tra quasar e radiogalassie, un tipo di galassia che emette forti lampi nello spettro radio. Se la teoria secondo cui i quasar sarebbero “seminati” da buchi neri primordiali è corretta, potrebbero alla fine dare origine a una radiogalassia una volta che si saranno calmati e avranno consumato tutta la materia a loro più vicina.
Per dimostrare questo punto, gli autori notano che ci sono somiglianze tra le funzioni di luminosità di quasar e radiogalassie, semplicemente riducendo l’ampiezza complessiva delle radiogalassie. Essendo ridotte, però, durano anche più a lungo: la vita media prevista di una radiogalassia è circa 10 volte quella di un quasar, secondo l’articolo. Sebbene questa teoria sia in linea con gran parte dei dati osservativi che abbiamo raccolto finora su quasar e radiogalassie, presenta anche alcune previsioni che ne dimostrano l’invalidità.
Falsificabilità della teoria
In primo luogo, la teoria suggerisce che i quasar potrebbero essere utilizzati come candele standard per la misurazione delle distanze cosmologiche, un titolo attualmente detenuto dalle supernovae di tipo Ia grazie alla loro luminosità standardizzata. L’origine dei quasar dai PBH potrebbe costituire una base di partenza per comprenderne la luminosità, consentendone infine l’utilizzo anche come candele standard.
Forse in modo più preciso, 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 che potranno confermare o smentire definitivamente lo studio. Se i nuovi dati si allineano con le previsioni formulate dalla teoria, allora, secondo la versione idealizzata del metodo scientifico, guadagneranno terreno tra gli altri scienziati.
Potrebbe volerci un po’ di tempo prima che Webb pubblichi dati che possano dimostrare o confutare la teoria, ma è sempre bello averne uno in cosmologia con previsioni chiaramente dimostrabili. Se ciò dovesse portare i cosmologi ad acquisire un altro modo per misurare le distanze e una migliore comprensione della formazione delle galassie nell’universo primordiale, sarebbe solo un ulteriore vantaggio.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Leggi il paper scientifico intitolato “If quasars form from primordial black holes” sottoposto a revisione paritaria su Arxiv
