Al concorso europeo “I giovani e le scienze 2023” della Direzione generale Ricerca della Commissione europea, organizzato da FAST – Federazione delle Associazioni Scientifiche e Tecniche, uno dei Premiati è stato Federico Stanzani, studente di 4a del Liceo Steam International di Liceo Scientifico delle Scienze Applicate, a Bologna. La sua eccellente ricerca “Analisi sulla possibilità dei buchi neri primordiali come componente significativo di materia oscura cosmologica” verrà presentata anche alla manifestazione “Regeneron ISEF”, fiera internazionale della scienza e della ingegneria, a Dallas (Texas-Usa), il prossimo maggio. La Fondazione Salvetti gli ha chiesto di raccontarci la sua esperienza scientifica.
Ho sempre avuto una curiosità fuori dal normale, che fin da bambino sfogo con l’esplorazione. Poi finalmente al Liceo ho capito di voler indirizzare questa mia caratteristica verso la fisica e la ricerca scientifica.
Secondo me è incredibile come tutta la nostra vita, le nostra gioie e sofferenze tutto ciò su cui ci scervelliamo per giorni mesi e anni sia chiuso in quello che Carl Sagan chiama Pale Blue Dot. Ovvero il piccolo pallino blu immerso in un mare nero che rappresenta la nostra terra se vista dal lontano. Con questo intendo citare il fascino e l’amore che mi provoca pensare a quei processi inimmaginabili che avvengono nel nostro sconfinato universo, e penso che per apprezzare veramente il mio articolo, esso debba essere letto come un oggetto in grado di affascinare e non come uno strumento.
A chiunque dica che non bisogna essere sempre umili, bisogna ricordare che noi conosciamo e possiamo descrivere solo il 5% della materia nell’universo. C’è un bel 95 % sconosciuto che si pensa sia formato dal 25% di materia oscura e dal 70 % di energia oscura. Soffermiamoci sulla materia oscura, un componente che sappiamo sia attorno a noi con una massa 5 volte superiore a quella di materia normale, ma che in realtà non sappiamo cosa sia. Della materia oscura sappiamo che interagisce gravitazionalmente, infatti è proprio dalle curve di rotazione delle galassie che inizialmente siamo riusciti a stimare la massa di materia oscura.
Ora subentra l’idea dei buchi neri primordiali come materia oscura. Essa è una teoria sviluppata negli anni 70 da Stephen Hawking e Bernard Carr che dopo un declino di popolarità, è tornata di moda negli ultimi anni dopo la scoperta delle onde gravitazionali.
I buchi neri primordiali si dovrebbero essere formati nel primo secondo dell’universo nella cosiddetta fase inflazionaria di cosmologia, per via di sovradensità. Comunque sorgano, una volta esistenti, i PBH presentano caratteristiche come velocità non relativistiche, la stabilità e la praticamente assenza di collisioni che li rendono buoni candidati per DM.
In particolare abbiamo alcuno evidenze che ci portano a pensare ai buchi neri primordiali come materia oscura come lo spin del buco nero più grande della coalescenza rilevata da LIGO/VIRGO nel 2017 o alcune osservazioni di microlensing degli ultimi anni.
Però come immaginarsi i buchi neri primordiali? Per dei limiti di massa legati per esempio alla radiazione di hawking o la radiazione cosmica di fondo ci aspettiamo questi buchi neri pesanti come un asteroide e quindi della grandezza di una cellula.
Quindi avremo questi piccolissimi buchi neri sparsi attorno alle galassie che non percepiremmo nemmeno se ci passassero intorno, ma quindi come possiamo spottarli?
Ora come ora ci sono caratteristiche buchi neri primordiali che ci permetterebbero di differenziarli dai buchi neri stellari, però ciò che veramente ci permetterà di validare o condannare questa teoria saranno le onde gravitazionali.  Infatti gli interferometri di nuova generazione che sono previsti per i prossimi decenni ci permetteranno di osservare coalescenze a queste scale e quindi vedere i buchi neri primordiali.