I più grandi buchi neri dell'universo si sono formati sorprendentemente rapidamente, quando il cosmo aveva meno di un miliardo di anni. Questo è stato così presto che questi buchi neri potrebbero non essersi formati dalla morte di stelle massicce come alcune teorie hanno proposto, ma invece potrebbero aver avuto origine nel primo secondo del Big Bang. Per testare questa possibilità, un team di astrofisici ha proposto un'idea radicale: gli elementi intorno a questi buchi neri giganti possono essere sottilmente diversi dalla media cosmica, conservando una memoria reliquia del giovane universo.
Come suggerisce il nome, i buchi neri supermassicci sono giganteschi. I più piccoli sono milioni di volte più massicci del sole, e i più grandi – che si trovano nei centri di enormi galassie – raggiungono centinaia di miliardi di masse solari. Trovare buchi neri così giganti nell'universo moderno non è una grande sorpresa, dal momento che quei buchi neri hanno avuto miliardi di anni per ingozzarsi di gas e polvere (e altri buchi neri). Ma recentemente, gli astronomi hanno iniziato a individuare gli SMBH nell'universo primordiale. Sappiamo già di oltre 200 SMBH che esistevano quando l'universo era più giovane di un miliardo di anni e un SMBH che si è formato quando l'universo era più giovane di 700 milioni di anni.
Ciò significa che si sono formati velocemente. Troppo velocemente. Attualmente conosciamo i processi di formazione dei buchi neri nell'era attuale, ma si tratta di processi che richiedono tempo. Quindi forse gli SBH nell'universo non hanno avuto origine da normali processi astrofisici, come la morte delle stelle e una dieta costante di gas. Forse questi buchi neri giganti hanno avuto origine nei primi momenti epocali del Big Bang.
L'universo primordiale era un luogo estremo. Densità e pressioni erano abbastanza alte da fondere le forze fondamentali della natura in campi unificati. Nei primi secondi, era persino troppo caldo per protoni e neutroni da congealare prima di essere fatti a pezzi. In quei tempi tumultuosi, potrebbe essere stato possibile che i contrasti di densità estrema apparissero spontaneamente. E dove ci sono contrasti di densità estrema – dove molta massa viene ammucchiata in un volume molto piccolo – possono formarsi buchi neri.
Questi sono i cosiddetti buchi neri primordiali, che si pensa si siano formati attraverso interazioni esotiche nel Big Bang. Gli astronomi hanno trascorso decenni a cercarli, specialmente attraverso sonde come il fondo cosmico a microonde, la luce rimasta da quando l'universo aveva 380.000 anni. Tutte queste ricerche sono risultate vuote, escludendo quasi tutti i modelli di formazione di buchi neri primordiali.
Ma come potremmo capire la differenza tra buchi neri giganti astrofisici e primordiali? La risposta, propone un team di astrofisici in un articolo pubblicato sul server di prestampa arXiv, è quella di fissare i buchi neri davvero, davvero duramente. Il trucco è che i buchi neri primordiali non si limitavano a stare lì nell'universo infantile, badando ai propri affari; hanno interagito e influenzato l'ambiente circostante. Questo è il modo in cui possiamo escludere molti modelli, perché interromperebbero il plasma caldo del Big Bang così tanto da distorcere le nostre osservazioni.
Gli autori ammettono che osservare questa differenza sarebbe impegnativo, ma sottolineano che strumenti come il James Webb Space Telescope della NASA potrebbero essere all'altezza del compito. L'osservazione di questa impronta digitale elementare potrebbe non solo rivelare le origini degli STESSI SMBH, ma anche dare agli astronomi una finestra inestimabile sui primi momenti del Big Bang.