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Ci sono buchi neri che potrebbero essere più antichi del Big Bang, e secondo una nuova ricerca dell’Università di Portsmouth starebbero ancora là fuori, sparsi nell’Universo, come fossili sopravvissuti a un passaggio che nessuno ha mai osservato. Non è un dettaglio marginale: questi oggetti potrebbero spiegare la materia oscura, quella sostanza invisibile che tiene insieme le galassie e che pesa circa cinque volte più della materia ordinaria.
Il punto di partenza dello studio, firmato dal professor Enrique Gaztañaga e pubblicato su Physical Review D, è una domanda che i cosmologi si portano dietro da decenni. Il modello standard funziona benissimo, va detto. Spiega la radiazione cosmica di fondo, quel debole bagliore rimasto dall’Universo giovane, e prevede con precisione come le galassie si distribuiscono su distanze enormi. Ma restano buchi grossi nel racconto: cosa ha innescato il Big Bang, perché l’Universo è partito da uno stato così particolare, cosa ha causato l’inflazione, cioè quella brevissima fase di espansione fulminea, e soprattutto di cosa sia fatta la materia oscura.
Un rimbalzo al posto della singolarità
L’idea alternativa si chiama cosmologia del rimbalzo. Seguendo la relatività generale di Einstein e riavvolgendo il nastro, si arriva a un punto in cui la densità diventa infinita e le leggi della fisica smettono semplicemente di funzionare. Molti fisici leggono quel collasso teorico come un segnale d’allarme: significa che gli strumenti matematici attuali non bastano a descrivere l’inizio di tutto.
Nel modello del rimbalzo, invece, l’Universo comincia come una nube immensa che si contrae. Arriva a una densità altissima ma finita, non infinita, e poi inverte la rotta e ricomincia a espandersi. Niente singolarità, niente fisica esotica da inventare. Come spiega Gaztañaga, ricercatore dell’Institute of Cosmology and Gravitation di Portsmouth e dell’Institute of Space Sciences di Barcellona, le singolarità sono spesso il segno che una descrizione teorica ha raggiunto il proprio limite, mentre un rimbalzo offre una via d’uscita per passare dalla contrazione all’espansione.
Il motore di tutto questo sarebbe la fisica quantistica. A densità estreme, gli effetti quantistici generano una pressione capace di impedire che la materia venga compressa senza limite. Meccanismi simili tengono già in piedi oggetti densissimi come le nane bianche e le stelle di neutroni, e possono anche riprodurre la fase di espansione inflazionaria. Applicato all’Universo intero, il ragionamento porta a un collasso che si ferma da solo e si rovescia in una nuova espansione.
Fossili cosmici e i punti rossi di Webb
Qui arriva la parte interessante. Secondo i calcoli del gruppo, gli oggetti compatti con dimensioni superiori a circa 90 metri potrebbero attraversare il rimbalzo e riemergere quando l’Universo ricomincia a espandersi. Tra i possibili reperti: onde gravitazionali, fluttuazioni di densità e appunto buchi neri primordiali. Fossili cosmici, letteralmente, arrivati da un’epoca precedente.
Altri buchi neri si sarebbero formati subito dopo il rimbalzo, perché le fluttuazioni di densità risultavano amplificate. Con la materia concentrata in modo insolitamente marcato, le regioni più dense avrebbero collassato con più facilità, permettendo alle grandi strutture cosmiche di svilupparsi prima del previsto. Se questi buchi neri fossero abbastanza numerosi, potrebbero rendere conto di una fetta consistente della materia oscura, in linea di principio anche di tutta.
Lo scenario aiuterebbe pure a inquadrare alcune osservazioni scomode del James Webb Space Telescope, che ha individuato oggetti sorprendentemente massicci nell’Universo primordiale, compresi quei bersagli soprannominati “little red dots”. Molti astronomi sospettano che siano legati a buchi neri in crescita rapidissima, comparsi molto prima di quanto i modelli permettano. Se buchi neri massicci esistevano già subito dopo il rimbalzo, osserva Gaztañaga, l’Universo giovane non avrebbe dovuto partire da zero per costruire le prime galassie.
Lo stesso quadro teorico proverebbe inoltre a dire qualcosa sull’espansione accelerata che si osserva oggi, attribuita all’energia oscura, un fenomeno di natura ancora oscura sul serio. Per verificare tutto questo servono prove: le onde gravitazionali fossili prodotte in una fase cosmica precedente, oppure tracce sottili nascoste nella radiazione cosmica di fondo, informazioni conservate da un tempo antecedente al Big Bang. Molto lavoro resta da fare, ammette il ricercatore, ma se un rimbalzo c’è stato davvero, le strutture invisibili che modellano le galassie potrebbero essere residui di un’epoca precedente a quella che chiamiamo origine.
