Le stelle cannibali e le stelle bosoni hanno popolato l’universo primordiale?

Nell’universo primordiale, pochi istanti dopo il Big Bang e l’inflazione cosmica, ammassi di particelle esotiche e massicce potevano collassare formando oggetti bizzarri chiamati stelle cannibali e stelle bosoni. A loro volta, questi potrebbero poi essere collassati formando buchi neri primordiali – tutto prima che i primi elementi potessero formarsi.

Nell’universo primordiale, pochi istanti dopo il Big Bang e l’inflazione cosmica, ammassi di particelle esotiche e massicce potevano collassare formando oggetti bizzarri chiamati stelle cannibali e stelle bosoni.

A loro volta, questi potrebbero poi essere collassati formando buchi neri primordiali – tutto prima che i primi elementi potessero formarsi.

La loro proposta riguarda un momento ipotetico nell’universo primordiale chiamato epoca dominata dalla materia precoce (EMD).

Questo sarebbe durato solo pochi secondi dopo il Big Bang, ma avrebbe potuto essere dominato da particelle esotiche, come le massicce particelle supersimmetriche previste dalla teoria delle stringhe.

“Non ci sono osservazioni che suggeriscano l’esistenza di un’epoca EMD – ancora!” afferma Pranjal Ralegankar della SISSA.

“Ma molti cosmologi sperano che si sia verificata una fase EMD perché è del tutto naturale in molti modelli.”

Alcuni modelli dell’universo primordiale prevedono la formazione di buchi neri primordiali a partire dalle fluttuazioni quantistiche nel campo inflazionario.

Ora, Ralegankar e i suoi colleghi, Daniele Perri e Takeshi Kobayashi, propongono un nuovo percorso più naturale per formare buchi primordiali tramite un’epoca EMD.

Ipotizzano che nel primo secondo di esistenza, quando l’universo era piccolo e incredibilmente caldo, particelle massicce esotiche emersero e si raggruppavano in densi aureole.

I fisici della SISSA propongono che gli aloni si siano poi collassati in oggetti ipotetici chiamati stelle cannibali e stelle bosoniche.

Le stelle cannibali sono alimentate da particelle che si annientano a vicenda, il che avrebbe permesso agli oggetti di resistere a un ulteriore collasso gravitazionale per qualche secondo.

Tuttavia, non avrebbero prodotto luce come le stelle normali.

“Le particelle in una stella cannibale possono comunicare solo tra loro, motivo per cui sono costrette ad annientarsi a vicenda per contrastare l’immensa pressione della gravità,” racconta Ralegankar a Physics World.

“Sono immensamente calde, semplicemente perché le particelle che consideriamo sono così enormi. La temperatura delle nostre stelle cannibali può variare da pochi GeV fino all’ordine di 10¹⁰ Gev. Per confronto, il Sole è dell’ordine di keV.”

Le stelle bosoniche, invece, sarebbero formate da condensato di Bose–Einstein puro, che è uno stato della materia in cui le singole particelle agiscono quantisticamente come una sola.

Sia le stelle cannibali che le stelle bosoniche esisterebbero all’interno di aureole più grandi che collassono rapidamente formando buchi neri primordiali con masse circa pari a quelle degli asteroidi (circa 10¹⁴–10¹⁹ kg). Tutto questo avrebbe potuto accadere solo 10 secondi dopo il Big Bang.

Ralegankar, Perri e Kobayashi sottolineano che la massa totale dei buchi neri primordiali prodotti dal loro modello corrisponde alla quantità di materia oscura nell’universo.

“Le osservazioni attuali escludono che i buchi neri siano materia oscura, tranne che nell’intervallo di massa degli asteroidi,” afferma Ralegankar. “Abbiamo dimostrato che i nostri modelli possono produrre buchi neri in quella gamma di massa.”

Richard Massey, ricercatore sulla materia oscura presso l’Università di Durham nel Regno Unito, concorda sul fatto che le osservazioni di microlenti condotte da progetti come l’Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) abbiano escluso una popolazione di buchi neri con masse planetarie, ma non con masse di asteroidi. Tuttavia, Massey dubita che questi buchi neri possano costituire la materia oscura.

“Sarebbe piuttosto forzato che costituissero una grande frazione di ciò che chiamiamo materia oscura,” dice.

“È possibile che la materia oscura possa essere questi buchi neri primordiali, ma dovrebbero essere stati creati con la stessa massa ovunque si trovino e qualunque ambiente trovino, e quella massa dovrebbe essere regolata per eludere le evidenze sperimentali attuali.”

Nei prossimi anni, gli aggiornamenti all’OGLE e il lancio del Roman Space Telescope della NASA dovrebbero finalmente fornire sensibilità agli eventi di microlente prodotti da oggetti nella fascia di massa degli asteroidi, permettendo ai ricercatori di risolvere la questione.

È anche possibile che oggi esistano stelle cannibali e bosoni, prodotte dal collasso di aureole di materia oscura.

Ma a differenza di quelli proposti per l’universo primordiale, le moderne stelle cannibali e bosoniche sarebbero stabili e durature.

“Molto lavoro è già stato fatto per le stelle bosoniche dalla materia oscura, e stiamo semplicemente suggerendo che studi futuri dovrebbero considerare anche la possibilità di stelle cannibali dalla materia oscura,” spiega Ralegankar.

“La lente gravitazionale sarebbe un modo per cercarli, e a seconda dei modelli, forse anche i raggi gamma dell’annientamento della materia oscura.”

La ricerca è descritta in Physical Review D.

Immagine: Shutterstock/Tomertu

The post Le stelle cannibali e le stelle bosoni hanno popolato l’universo primordiale? appeared first on Cronache di Scienza.