Quel debole ronzio cosmico che hai sentito? Potrebbe non essere il frigorifero dell'universo. Nuove ricerche suggeriscono che il fondo di onde gravitazionali rilevato dai pulsar timing array potrebbe essere l'eco spettrale di buchi neri supermassicci formatisi più di 13 miliardi di anni fa - forse dal collasso di ipotetiche 'Stelle Oscure' alimentate dalla materia oscura.

In uno studio pubblicato come Lettera su Physical Review D, i ricercatori della Colgate University Sohan Ghodla e Cosmin Ilie hanno indagato se i buchi neri supermassicci nati nell'universo primordiale potessero lasciare un segno duraturo sulle onde gravitazionali che rileviamo oggi. La connessione? I buchi neri sorprendentemente massicci visti nell'universo giovane e le onde gravitazionali generate miliardi di anni dopo quando coppie di questi colossi si avvicinano a spirale.

Il team ha scoperto che una possibile classe di semi di buchi neri primordiali - i resti di Stelle Oscure supermassicce - potrebbe potenzialmente dominare il segnale del Pulsar Timing Array (PTA). Come ha detto Ilie: 'I pulsar timing array sono solitamente considerati sonde di binarie di buchi neri supermassicci nell'universo relativamente recente. Quello che mostra il nostro lavoro è che il segnale potrebbe contenere anche informazioni su come gli antenati di quei buchi neri si sono formati all'alba cosmica.'

Per chi non parla il linguaggio dei pulsar: i Pulsar Timing Array usano stelle di neutroni che ruotano rapidamente come orologi cosmici. Quando le onde gravitazionali passano, alterano sottilmente i tempi degli impulsi radio che raggiungono la Terra. Monitorando molti pulsar, i team hanno trovato prove di un fondo stocastico di onde gravitazionali a frequenze di nanohertz - probabilmente da binarie di buchi neri supermassicci, specialmente quelli con masse combinate superiori a un miliardo di Soli.

Ma come hanno fatto quei buchi neri a diventare così grandi così in fretta? È qui che entrano in gioco le Stelle Oscure. Queste ipotetiche stelle primordiali sarebbero alimentate dal riscaldamento della materia oscura piuttosto che dalla fusione nucleare, permettendo loro di crescere fino a un milione di masse solari o più prima di collassare in buchi neri. Ghodla e Ilie hanno modellato come tali semi si evolvono, si fondono e producono onde gravitazionali.

La loro conclusione? Se i resti di Stelle Oscure esistono con una densità numerica di circa 10^-3 Mpc^-3, i loro discendenti potrebbero contribuire in modo ampio, forse dominante, al segnale PTA. Al contrario, i buchi neri a collasso diretto, con densità vicine a 10^-6 Mpc^-3, contribuirebbero molto meno.

Lo studio evidenzia anche un colpo di scena interessante: le osservazioni PTA possono limitare quanto fossero comuni questi semi primordiali. 'Producete troppi di questi semi massicci e finirete per sovraprodurre il segnale rilevato dal PTA. Producetene troppo pochi, e avrete bisogno di altre fonti per assemblare efficientemente questi buchi neri supermassicci in seguito,' ha detto Ghodla. Densità di semi intorno a 10^-2 o 10^-1 Mpc^-3 supererebbero i limiti osservati, a seconda delle masse degli aloni.

Questo dà ai PTA un'abilità inaspettata di sondare popolazioni a redshift maggiori di 10 - oggetti antichi i cui discendenti creano le onde che vediamo oggi. I calcoli confermano anche che le binarie con masse totali dei buchi neri superiori a circa 10^9 masse solari dominano il segnale.

Quindi, la prossima volta che senti quel ronzio cosmico, ricorda: potrebbe essere l'impronta delle onde gravitazionali dei primi buchi neri supermassicci dell'universo, nati da stelle alimentate dalla materia oscura. Chi avrebbe mai detto che l'universo avesse origini così drammatiche?