Simulazione di un microbuco nero rilevato dall'esperimento ATLAS del CERN
Simulazione di un microbuco nero rilevato dall'esperimento ATLAS del CERN, prima che si disintegrasse mediante un processo noto come radiazione di Hawking. CERN, CC BY
  • Categoria dell'articolo:Fisica / Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:9 Gennaio 2024

Comprimiamo l’intera massa del pianeta Terra (circa 6 quadrilioni di chilogrammi) alle dimensioni di una biglia di circa 1,8 centimetri di diametro. In questo scenario improbabile, il nostro pianeta sarebbe diventato un mini buco nero, per niente simile a quelli supermassicci come quello che vive al centro della Via Lattea.

Teoricamente, durante i primi istanti del big bang, si verificò il collasso gravitazionale di regioni estremamente calde e dense dell’universo e si formarono i buchi neri primordiali. Proposti dal fisico Stephen Hawking, questi straordinari oggetti possono avere qualsiasi massa. Ma sono quelli di dimensioni ridotte (meno di un atomo) ad aver suscitato il maggiore interesse, poiché si ritiene che potrebbero costituire gran parte della materia oscura dell’universo.

Ad oggi non è stato possibile rilevarli. Ma è stato studiato quanti potrebbero scontrarsi con la Terra e cosa accadrebbe dopo l’impatto.

Non sono buchi totalmente neri

Quanto piccoli possono diventare questi buchi neri? C’è un limite alle loro dimensioni? Entriamo nel terreno (altamente speculativo) dei cosiddetti micro buchi neri.

Ipoteticamente questi oggetti avrebbero masse di circa 0,00002 grammi e dimensioni trilioni di volte più piccole di un protone: si disintegrerebbero praticamente istantaneamente. Si ritiene infatti che qualsiasi buco nero primordiale finirebbe la sua vita sotto forma di microforo prima di evaporare completamente.

Ma forse la cosa più sorprendente è che si trovano a temperature molto elevate, emettendo radiazioni (la cosiddetta radiazione di Hawking): più sono piccole, più alta è la temperatura che raggiungono finché, alla fine, evaporano completamente.

Hawking scrive che questi oggetti primordiali “non sono totalmente neri”, poiché emettono anche energia, soprattutto quelli di dimensioni più piccole.

Ad esempio, un buco nero primordiale con una massa equivalente al Monte Everest avrebbe circa le dimensioni di un atomo e raggiungerebbe una temperatura di milioni di gradi Celsius.

Come sarebbe un incontro con uno di loro?

Supponiamo di avere l’opportunità di incontrare uno di questi mini buchi neri con una massa di 1 chilogrammo. In questo caso, le sue dimensioni sarebbero trilioni di volte inferiori a quelle di un atomo di idrogeno.

In linea di principio non dovremmo preoccuparci: essendo così piccolo, non avrebbe la capacità di assorbire materia dall’ambiente circostante. Si disintegrerebbe quasi istantaneamente, generando probabilmente un’esplosione equivalente a una bomba termonucleare.

Se lo sfortunato incontro avvenisse con un buco nero di massa asteroidale (un milione di volte meno massiccio della Luna, ma con dimensioni dell’ordine dell’atomo di idrogeno), esso non si disintegrerebbe immediatamente (poiché il suo tempo di dimezzamento sarebbe maggiore rispetto all’età stimata dell’universo). Non assisteremmo ad un’esplosione come la precedente, ma questo minuscolo buco nero comincerebbe a divorare progressivamente e lentamente la materia circostante. In tal caso, lo scenario finale per il nostro pianeta non sarebbe molto incoraggiante.

E se uno di loro colpisse la Terra?

I ricercatori ritengono che i buchi neri primordiali (di diverse dimensioni) potrebbero essere localizzati in regioni galattiche dove la concentrazione di materia oscura è notevolmente elevata.

Pertanto, questi oggetti vagherebbero per l’universo (muovendosi in direzioni e velocità diverse) e potrebbero interagire con altre stelle come buchi neri massicci, stelle o pianeti (tra cui la Terra).

E cosa accadrebbe al nostro pianeta se uno di questi minuscoli visitatori ci colpisse?

Uno studio pubblicato sulla rivista Monthly Notice della Royal Astronomical Society ha affrontato questo ipotetico scenario per un buco nero delle dimensioni di un protone e si basava sul presupposto che il 100% della materia oscura fosse costituita da buchi neri primordiali. Per quanto riguarda la probabilità di accadimento possiamo stare tranquilli: un impatto contro la Terra è previsto ogni 1 miliardo di anni.

Inoltre, data la loro elevata velocità, questi minuscoli buchi neri non rimarrebbero intrappolati all’interno del nostro pianeta (il che sarebbe fatale, poiché comincerebbe a divorarlo lentamente dall’interno). Invece, lo attraverserebbero, lasciando crateri di ingresso e di uscita, generando un’intensa attività sismica. Secondo i calcoli di questi ricercatori, la quantità di energia rilasciata in questa collisione sarebbe paragonabile a quella di un asteroide di un chilometro di dimensione.

Come potremmo rilevarli nell’universo?

In una recente pubblicazione è stata proposta la possibile interazione tra un buco nero di dimensioni atomiche e uno degli oggetti più densi dell’universo: una stella di neutroni.

L’ipotesi di partenza è che uno di questi buchi neri possa incontrare una vecchia stella di neutroni (la cui temperatura è molto bassa e ha perso praticamente tutta la sua velocità di rotazione). Secondo i calcoli, la frequenza di questi incontri sarebbe dell’ordine di 20 eventi all’anno, anche se la maggior parte sarebbe difficile da osservare a causa della loro enorme distanza e del corretto orientamento rispetto alla Terra.

Vengono considerati due possibili scenari: il primo, quando la stella di neutroni cattura il buco nero primordiale. In secondo luogo, quando il buco nero di dimensioni atomiche si avvicina da molto lontano, gira intorno alla stella di neutroni e si allontana di nuovo. Questo è quello che viene chiamato lo scenario di dispersione.

A seconda del tipo di evento, verrebbe generato un segnale caratteristico e unico (un gamma ray burst o GRB) che servirebbe a identificare le interazioni, costituendo una prova indiretta dell’esistenza di minuscoli buchi neri.

Una pubblicazione dell’Istituto Max Planck di Astrofisica ha proposto un altro modo per trovare questi minuscoli buchi neri. Presumono che l’eccesso di emissione di alcune stelle giganti rosse potrebbe essere dovuto alla presenza di mini buchi neri al loro interno, che si nutrono di materia stellare, consentendo la loro eventuale localizzazione.

Implicazioni dell’esistenza dei buchi neri primordiali

Certo, sarebbe una scoperta entusiasmante, poiché confermerebbe una delle più grandi previsioni astrofisiche del XX secolo: la radiazione di Hawking e la possibile origine primordiale di minuscoli buchi neri.

Secondo le parole dello stesso Stephen Hawking, “i buchi neri non sono così neri come vengono dipinti. Non sono le prigioni eterne che si pensava un tempo. “Le cose possono uscire da un buco nero sia all’esterno che possibilmente in un altro universo.”