Tra gli oggetti più misteriosi e affascinanti del mondo ci sono i buchi neri. Rappresentano l’ultima fase delle stelle massicce che collassano sotto la loro stessa gravità. Gli scienziati hanno analizzato quanti buchi neri esistono effettivamente nell’Universo ed il numero è sorprendente. Sicuramente molti più di quelli che potremmo immaginare.
Il numero di buchi neri che esistono nell’Universo è enorme
Poiché sono neri come lo spazio in cui si nascondono, questi golia cosmici che inghiottono la luce possono essere rilevati solo nelle circostanze più straordinarie, come quando piegano la luce intorno a loro, o catturano gli sfortunati gas e stelle che vagano troppo vicini o si muovono verso enormi collisioni che innescano onde gravitazionali.
Ma questo non ha impedito agli scienziati di trovare modi ingegnosi per indovinare il numero. La ricerca è stata da un team guidato dai scienziati della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, che hanno collaborato con i colleghi dell’Istituto di Fisica Fondamentale dell’Universo (IFPU), dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dell’IRA-INAF, del Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova, dell’Università di Southampton e dell’Università di Durham. I risultati della ricerca sono stati presentati il 12 gennaio su The Astrophysical Journal.
Il numero è enorme: 40.000.000.000.000.000.000 o 40 quintilioni di buchi neri di massa stellare popolano l’universo osservabile, rappresentando circa l’1% di tutta la materia normale, secondo la nuova stima. Osservando l’evoluzione delle stelle nel nostro universo, i ricercatori hanno stimato quanto spesso le stelle, da sole o associate a sistemi binari, si trasformeranno in buchi neri.
“Questo è uno dei primi e uno dei più robusti calcoli ab initio della funzione di massa del buco nero stellare nel corso della storia cosmica”, ha detto Alex Sicilia, astrofisico presso la Scuola Internazionale di Studi Avanzati (SISSA) a Trieste, Italia.
Quando le grandi stelle raggiungono la fine della loro vita, iniziano a fondere elementi sempre più pesanti, come silicio o magnesio, all’interno dei loro nuclei di fuoco. Ma una volta che questo processo di fusione inizia a formare il ferro, la stella è sulla via dell’autodistruzione. Il ferro riceve più energia per fondersi di quanta ne rilasci, il che fa sì che la stella perda la sua capacità di spingere contro le immense forze gravitazionali generate dalla sua enorme massa.
Collassa su se stesso, avvolgendo prima il suo nucleo, e poi tutta la materia vicina, in un punto di dimensioni infinitesimali e densità infinita. La stella diventa un buco nero, e oltre il confine chiamato orizzonte degli eventi, nulla, nemmeno la luce, può sfuggire all’attrazione gravitazionale.
Il modello dei ricercatori era in linea con i dati che avevano
Per arrivare alla loro stima, gli astrofisici hanno modellato non solo le vite, ma anche le pre-vite delle stelle dell’universo. Utilizzando statistiche note di diverse galassie, come le loro dimensioni, gli elementi che contengono e le dimensioni delle nubi di gas in cui si formerebbero le stelle, il team ha costruito un modello dell’Universo che riflette accuratamente le diverse dimensioni delle stelle che sarebbero state create.
Dopo aver determinato il tasso di formazione delle stelle che potrebbero eventualmente trasformarsi in buchi neri, i ricercatori hanno modellato la vita e la morte di quelle stelle, usando dati come la loro massa, l’abbondanza di elementi più pesanti dell’idrogeno o dell’elio, per trovare la percentuale di stelle candidate che si trasformerebbero in buchi neri. Osservando anche le stelle associate nei sistemi binari e calcolando la velocità con cui i buchi neri potrebbero incontrarsi e fondersi, i ricercatori si sono assicurati di non contare alcun buco nero due volte nel loro studio. Si sono anche resi conto di come queste fusioni avrebbero influenzato la distribuzione delle dimensioni dei buchi neri trovati nell’Universo.
Con questi calcoli in mano, i ricercatori hanno ideato un modello che ha monitorato la popolazione e la distribuzione delle dimensioni dei buchi neri di massa stellare nel tempo per dare loro il loro numero sorprendente. Quindi, confrontando la stima con i dati presi dalle onde gravitazionali o dalle increspature nello spazio-tempo, formate dalla fusione del buco nero e delle stelle binarie, i ricercatori hanno confermato che il loro modello era lo stesso di quello dei dati.