LA COLLISIONE TRA GALASSIE PRIMORDIALI ALL'ORIGINE

I super buchi neri poco dopo il Big Bang

Nel primo miliardo di anni di vita dell'Universo si sono formati i buchi neri supermassici. Lo sostiene uno studio presentato questa settimana su Nature, che metterebbe fine ad uno dei grandi quesiti sull'evoluzione dell'Universo.

Galassia ellittica m87

I superbuchi neri frutto della collisione di galassie primordiali. È quanto illustrato da un team internazionale guidato da Lucio Mayer, professore di astrofisica teorica all’ Università di Zurigo (con un dottorato di ricerca ottenuto presso L’Università di Milano-Bicocca nel 2001) in articolo sul Nature di questa settimana. Mayer, con l’ausilio di simulazioni su potenti supercomputers, ha potuto mostrare per la prima volta che i buchi neri supermassivi si sono formati dopo il Big Bang per effetto, appunto, di collisioni tra galassie primordiali. Il risultato ha importanti implicazioni per la nostra comprensione di come funziona la gravità, per la formazione delle strutture cosmiche in genere cosi come per la comprensione delle onde gravitazionali e risolve uno dei problemi irrisolti nello studio dell’Universo. I primi buchi neri supermassivi. Si sono formati circa 13 miliardi di anni fa, quindi poco dopo il Big Bang. Questo nuovo risultato segna un’importante svolta nella comprensione dell’Universo. Allo stato attuale delle nostre conoscenze l’età dell’Universo è di poco meno di 14 miliardi di anni. Vari gruppi di ricerca internazionali hanno mostrato recentemente come le galassie massive si siano formati prima di quanto ci si aspettasse in base alle previsioni teoriche, cioè già entro il primo miliardo di anni di vita dell’Universo e le simulazioni su supercomputers di Mayer e colleghi hanno mostrato che i primi buchi neri supermassivi si sono formati per effetto delle collisioni di queste prime galassie massive e della loro successiva fusione. Dice Mayer: “il nostro risultato mostra come le strutture grandi come galassie massive e buchi neri supermassivi si formano presto nella storia dell’Universo. A prima vista questo sembrerebbe in contrasto con la teoria cosmologica prevalente, che prevede la formazione di strutture e galassie in modo gerarchico in un Universo dominato da materia oscura fredda.” L’apparente paradosso è chiarito subito da Lucio Mayer: “La materia ordinaria, così detta barionica, di cui noi stessi e la materia luminosa dell’Universo siamo fatti, incluse le componenti visibile delle galassie, collassa di più e più velocemente della materia oscura, formando rapidamente galassie molto massive nelle regioni più dense dell’Universo, in cui la gravità comincia prima a generare strutture. Questo produce l’apparente formazione non-gerarchica delle galassie massive e dei buchi neri supermassivi.” Le più grosse galassie e i buchi neri supermassivi crescono rapidamente. Invece, galassie di media e piccola taglia, come la nostra Via Lattea e il suo relativamente modesto buco nero centrale (solo un milione di masse solari contro 1 miliardo di masse solari dei buchi neri simulati da Mayer e colleghi), si sono formate più lentamente. Come spiega Lucio Mayer, nell’Universo attuale i discendenti delle galassie riprodotte nelle sue simulazioni corrispondono alle più grosse galassie conosciute, centinaia di volte più pesanti e luminose della Via Lattea. Un esempio è quello di M87, la gigantesca galassie ellittica centrale dell’ammasso di galassie della Vergine, a 54 milioni di anni luce da noi. La nuova scoperta ha importanti conseguenze per la cosmologia; l’assunzione che la correlazione osservata dagli astronomi tra la masse dei buchi neri supermassivi e la massa delle galassie in cui si trovano rispecchia il fatto che galassie e buchi neri supermassivi crescono in parallelo, regolando l’una la crescita dell’altro, dovrà essere rivista. In base al nuovo modello la crescita del buco nero supermassivo non è regolata da quella della galassia. Piuttosto sarebbe la crescita della galassia a essere regolata dal buco nero centrale. Mayer e i suoi colleghi pensano anche che la loro ricerca sara’ utile anche per quei fisici che vogliono provare l’esistenza delle onde gravitazionali e con esse verificare direttamente la Teoria della Relativita’ Generale di Einstein. Una delle conseguenze di tale teoria, elaborata da Einstein che ottennne il dottorato di ricerca nel 1906 proprio all’Università di Zurigo, è che la fusione di buchi supermassivi dovrebbe produrre le onde gravitazionali piu intense nel continuum spazio-temporale, le quali oggi potrebbero essere misurate. Infatti i progetti LISA e LISA Pathfinder dell’Agenzia Spaziale Europea e della NASA, in cui sono coinvolti anche fisici dell’Università di Zurigo, hanno proprio l’obiettivo di rivelare tali onde gravitazionali. Per interpretare correttamente i risultati di questi futuri esperimenti un elemento cruciale è proprio la comprensione di come si formano tali buchi neri supermassivi agli albori dell’Universo.