(TEMPOITALIA.IT) Quando due galassie si fondono, anche i buchi neri supermassicci situati nei loro centri dovrebbero fondersi. Tuttavia, gli astronomi incontrano difficoltà nel modellare questo processo. Per avvicinarsi, i buchi neri devono disperdere energia, inizialmente trasferita al materiale circostante come gas e polvere. Ma quando i buchi neri raggiungono una distanza di un parsec, equivalente a poco più di tre anni luce, non c’è più abbastanza materiale per trasferire energia. Questo fenomeno è noto come il problema dell’ultimo parsec.
Un recente studio pubblicato su Physical Review Letters propone una soluzione considerando il comportamento delle particelle di materia oscura. Nel giugno 2023, gli astrofisici hanno rilevato un fondo di onde gravitazionali che permea l’universo, ipotizzando che queste onde provengano da milioni di coppie di buchi neri supermassicci in fusione. Tuttavia, il problema dell’ultimo parsec rimane: le simulazioni teoriche non riescono a far superare ai buchi neri questa distanza critica. Come riescono quindi a fondersi?
Secondo Gonzalo Alonso-Álvarez, del Dipartimento di Fisica dell’Università di Toronto, l’effetto della materia oscura può aiutare i buchi neri supermassicci a superare l’ultimo parsec di separazione e a fondersi. I calcoli del team di ricerca spiegano come ciò possa avvenire. Le particelle di materia oscura interagiscono tra loro in modo tale da non disperdersi, mantenendo la densità dell’alone di materia oscura sufficientemente alta. Questo permette che le interazioni tra le particelle e i buchi neri continuino a degradare le orbite dei buchi neri, consentendo loro di fondersi.
Il rumore di fondo generato da queste colossali collisioni cosmiche è costituito da onde gravitazionali con lunghezze d’onda molto maggiori rispetto a quelle rilevate per la prima volta nel 2015 dagli astrofisici del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Quelle onde gravitazionali furono generate dalla fusione di due buchi neri, ciascuno con una massa circa 30 volte superiore a quella del Sole. Il fondo che interessa agli autori dello studio è stato rilevato negli ultimi anni dagli scienziati che operano con il Pulsar Timing Array, che misura le onde gravitazionali rilevando le minime variazioni nei segnali delle pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione che emettono forti impulsi radio.
James Cline della McGill University sostiene che una previsione della loro proposta è che lo spettro delle onde gravitazionali osservate dal Pulsar Timing Array dovrebbe essere attenuato alle basse frequenze. I dati attuali accennano già a questo comportamento e nuovi dati potrebbero confermarlo nei prossimi anni. 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 lavoro del team rappresenta un nuovo modo per aiutare a comprendere la natura particellare della materia oscura. Alonso-Álvarez afferma che l’evoluzione delle orbite dei buchi neri è molto sensibile alla microfisica della materia oscura, il che significa che possiamo usare le osservazioni delle fusioni dei buchi neri supermassicci per capire meglio queste particelle. I ricercatori hanno scoperto che le interazioni tra le particelle di materia oscura modellate spiegano anche le forme degli aloni galattici di materia oscura.
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. Questo risultato è inaspettato, poiché le scale fisiche in cui avvengono i processi sono distanti tre o più ordini di grandezza. La scoperta offre nuove prospettive per la comprensione della materia oscura e delle dinamiche cosmiche.
Il nuovo studio suggerisce che le interazioni tra le particelle di materia oscura potrebbero essere la chiave per risolvere il problema dell’ultimo parsec, permettendo ai buchi neri supermassicci di fondersi. Questo non solo risolve un enigma di lunga data in astrofisica, ma apre anche nuove strade per la comprensione della materia oscura e delle onde gravitazionali. (TEMPOITALIA.IT)
