Buchi neri di un altro universo?

Distribuzione spaziale di 2074 GRBs osservati da BATSE, strumento a bordo del Compton Gamma Ray Observatory – Credit: Wikipedia .

Nel 1973 uno dei satelliti spia americani incaricati della sorveglianza degli esperimenti atomici Vela, registrò il primo lampo in luce gamma mai registrato nella storia dell’astronautica.
Fu però nel 1991 con il lancio del Compton Gamma Ray Observatory che la ricerca scientifica sui Gamma Ray Burst (GRB) potè progredire. Si scoprì che questi lampi – o almeno quasi tutti – non erano di origine galattica ¹.

L’energia prodotta da un lampo gamma è enorme e nel corso degli anni sono tate proposte diversi meccanismi che possono innescare l’GRB, un po’ come avviene per le supernovae che si differenziano nel tipo di emissione luminosa a seconda dell’evento che ne è responsabile.

Animazione di una Collasar (click sull’immagine) Credit: NASA

Uno di questi è il modello Collapsar, ossia gigantesche stelle molto povere di metalli, con una massa attorno alle 40 masse solari e un momento angolare molto elevato che al termine della loro esistenza esplodono in supernova e il loro nucleo diventa un buco nero.
La materia degli strati esterni della stella precipita dentro il buco nero appena formato creando un piccolo e densissimo disco di accrescimento. A questo punto si formano due getti di materia lungo l’asse di rotazione della precedente stella diventata buco nero; materia che ha velocità relativistiche pari 0,9999 c e che rilascia la sua energia sotto forma di raggi gamma fortemente collimati, osservabili quindi da un osservatore che si trova lungo il loro percorso.

La radiazione di Hawking
La Radiazione di Hawking viene prodotta in prossimità dell’orizzonte degli eventi di un buco nero dalle continue fluttuazioni quantistiche del vuoto che generano coppie di particelle virtuali ² che si annichiliscono normalmente subito dopo essersi formate (per questo non viene violato il 1° principio della termodinamica). Quando una coppia di particelle si forma vicino all’orizzonte degli eventi una di queste può cadere nel buco nero mentre l’altra sfugge e diventa reale; quella che cade è l’opposto della particella sfuggita, così il buco nero è in difetto di massa rispetto all’universo e quindi evapora.

Stelle con queste caratteristiche erano molto comuni all’inizio dell’Universo, quando era molto più piccolo di oggi.
Questo spiegherebbe anche la relativa isotropia, ossia l’uniformità nella distribuzione di questi lampi gamma nel cielo senza alcuna preferenza particolare per una qualsiasi direzione, osservata.

Anche altri modelli, non mutualmente escludibili secondo me, sono stati proposti per spiegare i GRB: dalla fusione di due stelle di neutroni fino all’evaporazione di buchi neri primordiali ³ per effetto della Radiazione di Hawking.

La velocità di evaporazione prevista dalle equazioni di Hawking per un buco nero è inversamente proporzionale alla sua massa, questo significa che questi buchi neri primordiali stanno terminando la loro esistenza circa in questo momento della storia dell’Universo e – almeno una parte – dei GRB osservati potrebbe essere il lampo di radiazione gamma che testimonia la fine di un buco nero primordiale ⁴.

Ma per due cosmologi, Bernard Carr della Queen Mary University di Londra e Alan Coley della Dalhousie University in Canada, oltre ai buchi neri primordiali dovremmo tenere conto anche di un’altra classe di buchi neri che non sono di questo universo ma addirittura di quello precedente, creatosi cioè prima del Big Bang attuale ⁵.

Il modello dell’universo ciclico – Credit: HowStuffWorks

Esiste una teoria cosmologica chiamata Universo Ciclico ⁶, che vuole che il nostro Universo sia nato da un altro universo che ha subito un precedente Big Crunch. Dopo il collasso avvenuto per contrazione gravitazionale, tutta la materia del precedente universo contratto fino a diventare una singolarità, rimbalza, creando un nuovo universo – il nostro – passando sempre da un Big Bang. Per questa teoria anche il nostro Universo alla fine dovrà ricomporsi in una singolarità per dar modo a un nuovo universo – successivo al nostro – di nascere.
Anche se la teoria dell’Universo Ciclico fosse vera ⁷ e tutta la materia e l’energia dell’universo precedente è confluita in un punto per poi risorgere in un nuovo Big Bang, perché anche tutta l’informazione dello stato precedente non è andata distrutta?
Per i due scienziati i buchi neri che possono essersi generati nel precedente universo prima del Big Crunch possono essere sopravvissuti al Big Bang e essersi diffusi nell’attuale Universo preservando quindi l’informazione dell’universo precedente ⁸.
La massa di questi buchi neri pre-crunch sarebbe paragonabile a quella dei buchi neri primordiali del nostro Universo: da qualche centinaio di milioni di chilogrammi fino a una massa solare. Praticamente i buchi neri con questo range di masse sarebbero riusciti a preservare la loro struttura rimanendo separati dalla singolarità creata dal Big Crunch e riuscendo a sopravvivere nel successivo Big Bang, penetrando così nel nuovo universo.

Anche il padre dei twistori Roger Penrose affermò di scorgere gli echi di onde gravitazionali di un universo precedente sotto forma di impronte nella radiazione cosmica di fondo, rimettendo in dubbio l’attuale modello inflattivo largamente accettato in cosmologia.

Certo è che questa ipotesi più che offrire un meccanismo che spieghi l’origine dei GRB, pare offrire lo spunto per una profonda riflessione sulla cosmologia e la fisica. Vera o sbagliata che sia questa ipotesi, è comunque Scienza.

Note:

Il lampo gamma GRB 090423 fu osservato dal telescopio spaziale Swift nell’aprile 2009 nella costellazione del Leone e durò circa 20 secondi con una coda nell’infrarosso di quasi 17 ore. La cosa interessante di questo lampo era la distanza in cui era avvenuto: ben 13 miliardi di anni luce, poco tempo dopo la formazione del nostro Universo. ↩
Le particelle virtuali non sono un artificio teorico ma qualcosa di tangibile anche nel macrocosmo: basti pensare alla forza elettrostatica o il campo magnetico nei dipoli che si manifestano attraverso lo scambio di fotoni virtuali. ↩
I buchi neri primordiali sono buchi neri che non si sono formati da un collasso stellare ma dalle fluttuazioni di densità quantistiche durante la genesi dell’Universo e le loro dimensioni variano da quelle di un nucleo atomico a una città mentre la loro massa va da quelle di una montagna fino a quelle di un asteroide come Vesta. ↩
La nostra conoscenza teorica dell’evaporazione dei buchi neri finisce quando questo assume le dimensioni di Planck (1,616 252 × 10^-35 metri) dopodiché occorre una legge quantistica della gravità per descrivere i momenti successivi: studiare la radiazione di evaporazione di un buco nero potrebbe essere importante per lo sviluppo della fisica. ↩
Persistence of black holes through a cosmological bounce ↩
THE BIG CRUNCH, THE BIG FREEZE AND THE BIG RIP. ↩
Stando alle attuali ricerche cosmologiche il nostro Universo appare in espansione infinita e invece di rallentare sembra accelerare la sua espansione. Se l’ipotesi dell’esistenza nel nostro Universo di buchi neri pre-crunch venisse dimostrata, si dovrebbe ripensare alla spinta di accellerazione universale come un campo scalare piuttosto che come una costante cosmologica per accordare l’espansione infinita al Big Crunch. ↩
Le conseguenze sono notevoli: in teoria l’imprinting di tutta la fisica del precedente universo potrebbe essere stata trasmessa nel nuovo universo nascosta dall’orizzonte degli eventi che protegge la singolarità del buco nero. ↩