La meccanica quantistica tenta di spiegare il motivo della mancanza dei buchi neri

Quando pensiamo ai buchi neri, pensiamo a oggetti più grandi del Sistema Solare. Si tratta dei famosi buchi neri supermassicci che si trovano al centro di ogni galassia. Ma i buchi neri che sono già stati osservati hanno dimensioni diverse, da quelle dei pianeti a quelle più grandi dei sistemi planetari.

Fin dal secolo scorso i fisici hanno teorizzato la possibilità dell'esistenza di buchi neri detti buchi neri primordiali. Questi oggetti sono stati generati nei primi istanti dell'Universo a causa di disturbi di densità non presenti nello spazio-tempo. I buchi neri originali possono essere di varie dimensioni, da quelli più grandi del Sistema Solare fino alle dimensioni di un atomo.

Un buco nero primordiale è stato osservato oggi nonostante due sforzi sempre maggiori nella ricerca dei buchi neri. Un gruppo di fisici ha proposto una nuova spiegazione utilizzando la meccanica quantistica per spiegare il motivo della scomparsa.

Big Bang e inflazione

Uno dei modelli più accettati in Cosmologia è il CDM, che è il modello responsabile della descrizione del Big Bang. Secondo questo modello, l'Universo si sta espandendo e ad un certo punto del passato si è condensato in un unico punto. Quando questo punto cominciò ad espandersi, fu chiamato Big Bang.

Pochi istanti dopo il Big Bang, si verificò un processo chiamato inflazione in cui l’Universo si espanse rapidamente. Durante questo momento, anche i disturbi esistenti nel tessuto dello spaziotempo furono amplificati a causa dell'espansione. Una possibile spiegazione è che queste perturbazioni amplificate abbiano consentito strutture più complesse centinaia di milioni di anni dopo.

Buchi neri primordiali

Una delle conseguenze di questa inflazione è la comparsa dei buchi neri primordiali. Si tratterebbe di buchi neri che si sarebbero creati proprio nel momento in cui si è verificata l’inflazione e sono crollate le regioni con differenze di densità. Il fisico Stephen Hawking stimava che alcuni di questi buchi neri primordiali avrebbero raggiunto la fine della loro vita negli ultimi miliardi di anni dell’Universo.

Un'ipotesi è che i buchi neri primordiali siano responsabili di almeno una parte della materia oscura calcolata. Poiché potrebbero essere isolati e difficili da osservare, verrebbero percepiti gravitazionalmente ma non attraverso la radiazione elettromagnetica come la materia oscura. Ma resta ancora il mistero del perché non ne abbiamo visto alcun esemplare.

Teoria quantistica dei campi

Una delle aree della fisica è la teoria quantistica dei campi (TQC), che combina concetti della meccanica quantistica e della teoria della relatività. L'idea è quella di descrivere le particelle e le interazioni presenti all'interno del Modello Standard. All'interno del TQC, le particelle sono descritte come eccitazioni di campo localizzate in ogni punto dello spazio.

Una delle sfide del TQC è combinare la relatività generale con il resto della descrizione all'interno dell'area. Anche la materia oscura non rientra bene nella descrizione del TQC. Tuttavia, lavori recenti sostengono che utilizzando gli strumenti TQC è possibile spiegare perché i buchi neri primordiali scompaiono.

Buchi neri che scompaiono

Una delle spiegazioni è che durante i primi momenti dell'Universo e dell'inflazione, le onde avevano ampiezze elevate ma lunghezze d'onda corte. Più corta è la lunghezza d'onda, più energica è l'onda. Queste onde sarebbero associate alla generazione dei buchi neri primordiali in questi primi istanti.

Ciò che lo studio ha scoperto è che quando si osservano i primi istanti dell'Universo e queste onde, note come CMB, si osservano solo poche lunghezze d'onda. Ciò spiegherebbe perché osserviamo pochi buchi neri primordiali anche nelle osservazioni della CMB. Queste lunghezze d’onda associate ai buchi neri primordiali non sarebbero correlate.