Un nuovo studio sui buchi neri svela il mistero dell’ultimo parsec. Ecco cosa c’è da sapere.
Quando due galassie si fondono, è comune attendersi che i buchi neri supermassicci al loro centro seguano lo stesso destino, unendosi anch’essi. Tuttavia, gli astronomi hanno incontrato un enigma nel modellare questo processo. Per avvicinarsi, i buchi neri devono dissipare energia. Inizialmente, questa energia viene trasferita al materiale circostante, come gas e polvere. Tuttavia, una volta che i buchi neri raggiungono una distanza di un parsec (circa 3,26 anni luce), sembra che non ci sia più abbastanza materiale per trasferire energia, bloccandone l’avvicinamento. Questo fenomeno è noto come il “problema dell’ultimo parsec”.
I dettagli del nuovo studio
Un recente studio pubblicato su Physical Review Letters propone una soluzione a questo problema, considerando il ruolo, finora trascurato, delle particelle di materia oscura. Nel giugno 2023, gli astrofisici hanno rilevato un fondo di onde gravitazionali che permea l’universo, ipotizzando che provenga da milioni di coppie di buchi neri supermassicci in fusione, ciascuno con una massa miliardi di volte quella del Sole. Tuttavia, le simulazioni teoriche non spiegano come queste coppie riescano a superare l’ultimo parsec per fondersi.
La fusione di buchi neri
Oltre a sfidare la teoria secondo cui i buchi neri supermassicci in fusione sono la fonte del fondo di onde gravitazionali, il problema dell’ultimo parsec contrasta anche con l’idea che questi mostri cosmici si formino dalla fusione di oggetti meno massicci. Il primo autore dello studio, Gonzalo Alonso-Álvarez dell’Università di Toronto, spiega: «Noi mostriamo che l’effetto della materia oscura, precedentemente trascurato, può aiutare i buchi neri supermassicci a superare l’ultimo parsec di separazione e a fondersi».
Il nuovo modello
Il nuovo modello suggerisce che le particelle di materia oscura interagiscono tra loro in modo tale da non disperdersi, mantenendo alta la densità dell’alone di materia oscura. Queste interazioni continuano a degradare le orbite dei buchi neri, facilitando la loro fusione. «La possibilità che le particelle di materia oscura interagiscano tra loro è un’ipotesi che abbiamo fatto noi», aggiunge Alonso-Álvarez. «La nostra tesi è che solo i modelli che includono questo ingrediente possono risolvere il problema dell’ultimo parsec».
Il ruolo delle onde gravitazionali
Il rumore di fondo generato da queste colossali collisioni cosmiche è costituito da onde gravitazionali di lunghezza d’onda molto maggiore rispetto a quelle rilevate per la prima volta nel 2015 dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che aveva osservato la fusione di due buchi neri di massa circa 30 volte quella del Sole. Il fondo d’onde gravitazionali attualmente in studio è stato rilevato dal Pulsar Timing Array, che misura le minime variazioni nei segnali delle pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione.
I risultati dello studio sui buchi neri
Oltre a fornire informazioni sulle fusioni di buchi neri supermassicci e sul segnale di fondo delle onde gravitazionali, il nuovo risultato offre una finestra sulla natura della materia oscura. «Il nostro lavoro rappresenta un nuovo modo per aiutarci a comprendere la natura particellare della materia oscura», conclude Alonso-Álvarez. La ricerca dimostra che l’evoluzione delle orbite dei buchi neri è molto sensibile alla microfisica della materia oscura, suggerendo che le osservazioni delle fusioni di questi mostri cosmici possano rivelare informazioni preziose sulle proprietà delle particelle di materia oscura.
Il ruolo della materia oscura
Inoltre, le interazioni tra le particelle di materia oscura modellate spiegano anche la struttura degli aloni galattici di materia oscura. «Abbiamo scoperto che il problema dell’ultimo parsec può essere risolto solo se le particelle di materia oscura interagiscono a una velocità tale da alterare la distribuzione della materia oscura su scala galattica», conclude Alonso-Álvarez. Questo risultato inatteso dimostra come fenomeni a diverse scale fisiche possano essere collegati tra loro, offrendo nuove prospettive nello studio della materia oscura e dell’evoluzione cosmica.
