Questo articolo è stato inserito nella serie "L'Infinito Teatro dei Buchi Neri", che raccoglie in modo organico gli articoli più significativi sull'argomento.

Non troppo caldo né troppo freddo. Questa frase ci perseguita, soprattutto dopo l’articolo-riflessione di ieri sulla Relatività Generale e sui buchi neri galattici. Sembra quasi che ci abbiano sentito… ed ecco una nuova informazione, ancora troppo debole per essere accettata con entusiasmo, ma è la prima volta che osservazioni dirette sembrano confermare una teoria sulla formazione dei motori delle prime galassie, lasciata sempre un po’ in disparte.

Qualcuno potrebbe dire che l’articolo sui buchi neri galattici, sulla loro importanza per l’evoluzione dell’Universo e sulla capacità di poterli descrivere solo attraverso la relatività generale (QUI), sia stato scritto proprio come preparazione a quello odierno. Vi assicuro che non è assolutamente vero e al limite posso dire che “sentivo” aria di qualche grossa novità, dopo la serie di articoli sempre più accurati e mirati sulle fasi primordiali dei buchi neri super massicci. Possiamo dare un titolo alternativo a questa scoperta, sperando che sia proprio una vera e solida scoperta (a me piacerebbe moltissimo): collasso diretto.

Torniamo indietro fino all’epoca buia, seguente la radiazione cosmica di fondo. E’ il momento in cui sono necessarie “lampadine” potentissime per diradare la nebbia. Lampadine che non possono essere stellari, come abbiamo appena visto. Sarebbero solo lucciole incapaci di illuminare un Universo che ha voglia di farsi vedere nel suo futuro.

Queste lampadine sono state trovate e sono luminosissimi quasar che aprono la strada con le loro radiazioni ultraviolette alla luce delle stelle. Bellissimo e pienamente condivisibile. Però, rimane un grosso problema: come si sono formate queste lampadine?

Le teorie più accreditate (basate su quello che è successo a partire da qualche centinaio di milioni di anni o pochi miliardi di anni dopo) si basano sull’accrescimento dei buchi neri stellari. All’inizio le stelle erano molto grandi, morivano in fretta e ce n’erano tante (il materiale abbondava) perché allora non pensare che da un piccolo seme iniziale nascesse in fretta un enorme fiore, capace di unirsi ad altri simili a lui e diventare in fretta una massa di milioni di volte quella del Sole, prendendo in mano le redini della propria galassia e dell’intera struttura cosmica generale che cercava di uscire allo scoperto?

Idea ottima… peccato, però, che queste lampadine si sono trovate sempre più vicine al Big Bang. Veramente troppo poco per permettere una crescita così parossistica. E poi c’è, in fondo, un altro problema che incombe su tutto (poco sollevato, in genere). Queste lampadine primordiali sono formate da residui stellari che avrebbero già dovuto formare elementi pesanti. Le osservazioni sono incerte, ma di sicuro le tracce si dovrebbero trovare. In ogni caso, la conclusione sarebbe: è nato prima l’uovo (stella) che non la gallina (il motore galattico o lampadina che dir si voglia).

Cerchiamo di calarci in questa situazione. Le stelle stanno nascendo ed esplodono velocemente. Liberano elementi pesanti e si trasformano in buchi neri che si uniscono tra loro. Possiamo anche inserire un po’ di prezzemolo-materia oscura, ma la storia non regge più di tanto. Le supernove liberano energia e rendono caotica la vita all’interno della galassia in formazione che cerca di formare il suo motore. Per costruirlo ci vuole tempo e condizioni giuste. E il tempo si misura in miliardi di anni o poco meno. No, non ce lo possiamo permettere nemmeno con l’aiuto della materia oscura. La Relatività Generale è in attesa di partire in quarta, ma deve aspettare che il gas e i residui stellari si organizzino.

Sarebbe  meglio formare i nuclei iniziali dei motori cosmici molto prima, già in posizione, già pronti a recuperare materiale ed accrescersi. Si pensava a questa strada da tempo, forse aumentando la materia oscura (si è sempre liberi di aggiungerla tanto non si vede…), ma resisteva sempre il problema che l’accrescimento successivo avrebbe portato tracce di elementi pesanti…e poi, non si faceva altro che spostare il problema: come si creavano i semi, già abbastanza massicci per riuscire a funzionare come motori (a mezzo servizio)?

No, la soluzione mezzo uovo-mezza gallina è un compromesso poco credibile e poco consono alle regole limpide e decise dell’Universo. Forse bastava fare nascere i semi molto prima, quando la densità dell’Universo era altissima. Ma lo era anche la temperatura… Buchi neri primordiali nati direttamente dalla materia che si stava formando. Potevano essere sia piccolissimi, sia molto grandi… forse tutto l’Universo poteva collassare in uno di questi.

Purtroppo di quel periodo abbiamo ben poche informazioni, sempre in attesa di qualcosa che riesca ad attraversare la fase caotica degli elettroni liberi e possa giungere fino a noi (permettendo anche di essere recepita). Tuttavia, anche questa ipotesi si scontra con molti problemi e con le osservazioni del rumore di fondo e non solo.

Una scappatoia di comodo? Creare qualcosa quando niente (per adesso) potrebbe confermarla e trasportarla nella seconda fase dell’Universo, quella che riusciamo a leggere. Nel frattempo i buchi neri-lampadine si trovano sempre più vicini al passaggio da prima fase a seconda fase. Bisogna sveltire il tutto e accettare soluzioni in cui il “misterioso” abbia un ruolo fondamentale.

Non troppo caldo… non troppo freddo.

Ma sì, perché non pensare meglio all’intelligenza dell’Universo e delle sue particelle? Appena usciti dalla fase del via libera ai fotoni e ripiombati nella fase della nebbia, le condizioni del Cosmo sono sicuramente molto particolari. Il gas è già abbastanza freddo per collassare in stelle o non ancora? Forse, le galline si stavano formando senza bisogno di loro, anzi tenendo lontane le uova.

Addensamenti di gas PRIMORDIALE, senza elementi pesanti, cominciano ad addensarsi. La temperatura lo permette, vista la grande densità (la relatività generale comincia a gongolare…), e nel far questo riscaldano ancora di più l’ambiente circostante, inondandolo di radiazioni ultraviolette, capaci di bloccare del tutto le nascite stellari. Galline che non vogliono avere uova tra i piedi (o, meglio, zampe)! Meglio prima formare il cuore e il cervello per gestire le generazioni future.

Sarebbe tutto ovvio, con o senza la materia oscura: i primi buchi neri giganteschi nascono dal collasso diretto di enormi nubi di gas. I processi di frammentazione tipici degli ammassi stellari sono ancora inibiti. E’ un’epoca particolare, breve, ma che potrebbe mettere basi solide per il futuro. Un metodo di costruzione che non sarà più ripetuto, cambiando tutte le condizioni al contorno. Ma, intanto avrebbe accesso le prima lampadine.

Teorie, ancora teorie? Senz’altro, ma ecco spuntare fuori il quasar CR7. Non ha più di un miliardo di anni, ma ha tante cose interessanti da dirci. Il gas della galassia che lo contiene sembra avere la possibilità di cadere tutto nel centro, senza la noiosa interruzione delle nascite stellari. Vi è netta la presenza della riga “Lyman Alpha” dell’idrogeno, ma anche una molto luminosa dell’elio (come si fa a rilevare le presenza di questi elementi? Con la spettroscopia). Anche lui riesce a ionizzarsi. Le condizioni devono essere calde (100 000 °C), troppo calde per formare stelle. Eppure al centro la lampadina risplende. Osserviamola ancora meglio con i più grandi telescopi. Niente, assolutamente niente di più pesante dell’elio

Non gridiamo ancora al miracolo… potrebbe anche essere un ammasso stellare di popolazione III (beh… sarebbe sempre qualcosa…). Staremmo vedendo le prime uova che devono ancora … rompersi. I tempi non tornano tanto, però… Meglio provare con un supercomputer che affronti una situazione mai tentata fino a questo punto. Un modello con tutti i limiti del caso, ma che porta a un rifiuto categorico di un ammasso stellare. No, non si può ottenere una configurazione del genere.

Fermiamoci qui. Il modello potrebbe essere sbagliato, le condizioni non valutate al meglio, la materia oscura potrebbe fare qualche scherzo… Attendiamo ancora di avvicinarci di più al Big Bang e di vedere sempre meglio queste lampadine. Chissà che un nuovo metodo di creazione cosmica non sia da accettare con gioia e meraviglia.  Io ne sarei contentissimo, ma la Scienza non può andare avanti solo con i sentimenti… O, almeno, ha bisogno di ben altre conferme che non le preferenze personali.

L’ho fatta un po’ lunga, lo ammetto, ma vi assicuro che la semplicità dell’evento (tipo un uovo di Colombo… sempre uova sono!) e la possibilità di osservarlo e confermarlo direttamente rende la teoria molto, molto simpatica.

Articolo originale QUI

Abbiamo parlato spesso di quanto l’Universo ami la semplicità, per esempio QUI, QUI e QUI