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La rapida evoluzione dei buchi neri primordiali

Due ricercatori, Tal Alexander del Weizmann Institute of Science, in Israele, e Priyamvada Natarajan della Yale University, hanno proposto uno scenario che riguarda l’evoluzione dei buchi neri primordiali. Nel loro articolo, pubblicato su Science, i due ricercatori propongono che questi oggetti potrebbero aver subito una evoluzione molto più veloce rispetto a quella dei buchi neri presenti all’epoca attuale grazie soprattutto all’elevata densità di gas, presente durante le fasi iniziali della storia cosmica, anche in assenza del disco di accrescimento.

Il grafico illustra il centro di un ammasso stellare di recente formazione (le stelle sono in giallo), all’interno del quale la regione dove si formerà il buco nero evolve rapidamente grazie alla presenza di gas (blu). Credit: T. Alexander & P. Natarajan

Si ritiene che i buchi neri supermassicci risiedano nel nucleo di quasi tutte le galassie. Al contrario di quanto viene creduto comunemente, questi mostri del cielo non ‘mangiano’ tutta la materia che li circonda, come una sorta di ‘gigantesca aspirapolvere cosmica’, anche perché se ciò fosse vero il nostro pianeta sarebbe già stato ‘divorato’, si fa per dire, molto tempo fa da Sagittarius A*, il buco nero della Via Lattea. La materia viene attratta dall’intensa forza di gravità del buco nero ma viene rallentata dalla formazione di un disco di accrescimento: qui, il materiale può essere attratto solamente lungo il piano del disco. Inoltre, bisogna tener conto delle collisioni dovute alla materia che si accresce man mano che viene attratta, un processo che genera radiazione che, a sua volta, spazza via altra materia dal buco nero. Mentre tutto ciò ha un senso logico, gli scienziati devono ancora risolvere un enigma che riguarda proprio la formazione dei buchi neri supermassicci apparsi durante le epoche primordiali della storia cosmica. La domanda è: come hanno fatto a formarsi così rapidamente? Alexander e Natarajan ritengono di aver la risposta. Subito dopo il Big Bang, l’Universo era molto più piccolo e più denso dunque, secondo i due ricercatori, la presenza di gas denso e freddo, distribuito nelle immediate vicinanze di un buco nero, non sarebbe stata poi così suscettibile nel provocare emissione di calore a causa delle collisioni. Ma, forse, cosa più importante, l’attrazione gravitazionale dovuta alle stelle più vicine avrebbe determinato un moto erratico dei buchi neri prevenendo perciò la formazione del disco di accrescimento. Tutto ciò avrebbe determinato l’attrazione gravitazionale della materia verso il buco nero da tutte le direzioni, facendo perciò aumentare la velocità con cui il buco nero acquisisce la massa. Un modello realizzato dai due ricercatori suggerisce che in tale scenario un buco nero, con una massa iniziale pari a 10 volte la massa solare, può crescere fino ad assumere una massa di 10 miliardi di masse solari in circa un miliardo di anni.

arXiv: Rapid growth of seed black holes in the early universe by supra-exponential accretion