Solitamente i buchi neri nascono dal collasso gravitazionale di una stella, che crea un oggetto di densità tale da piegare lo spaziotempo fino a rendere impossibile per qualunque cosa, compresa la luce, sfuggire al suo campo gravitazionale. Ne esiste però un altro tipo, ancor più ipotetico: i cosiddetti buchi neri primordiali, formati nei primi attimi dopo il Big Bang, quando la materia dell’universo era talmente densa che bastava una piccola fluttuazione per creare singolarità con il loro orizzonte degli eventi e tutte le altre caratteristiche di un buco nero tradizionale, ma una massa che può però essere molto inferiore. Simili corpi celesti non sono mai stati osservati, e si riteneva che i più piccoli dovessero comunque essere ormai spariti da un pezzo, evaporati per effetto della radiazione di Hawking (l’emissione di energia termica postulata dal grande fisico inglese di cui porta il nome).Una nuova ricerca offre però un’alternativa intrigante: i buchi neri primordiali della giusta massa potrebbero essere sopravvissuti fino ai nostri giorni, trasformandosi nel loro opposto, cioè “buchi bianchi” che respingono continuamente materia ed energia e in cui nulla, neanche la luce, può entrare varcando l’orizzonte degli eventi. I risultati, descritti in uno studio depositato per ora in preprint su arXiv, non sono solo interessanti da un punto di vista teorico, ma offrono anche un nuovo possibile candidato per la massa mancante dell’Universo: la sfuggente materia oscura che ancora oggi nessuno è riuscito a scovare potrebbe essere infatti costituita da buchi bianchi microscopici, con massa paragonabile a quella di un singolo capello umano, e quindi pressoché impossibili da individuare dal nostro Pianeta.Le origini nell’universo primordialeI buchi neri sono oggetti con una massa enorme, che nascono dal collasso di una stella di grandi dimensioni (con una massa almeno 20-25 volte più grande di quella del nostro Sole) o dall’accumulo di enormi quantità di gas nel centro delle galassie (i buchi neri supermassicci). I buchi neri primordiali sono molto diversi: sarebbero corpi celesti formatisi nei primi millisecondi di vita del cosmo, in una fase in cui l’universo era un plasma caldo e ultra-denso, in cui le fluttuazioni quantistiche della densità avrebbero spinto alcune regioni oltre la soglia critica, innescando un collasso gravitazionale immediato. Il risultato sono oggetti matematicamente identici ai buchi neri comuni, ma con un ventaglio di masse teoriche vastissimo, che spazia da frazioni di grammo fino a migliaia di masse solari.Nel 1974 Stephen Hawking introdusse gli effetti quantistici nella descrizione dei buchi neri, dimostrando che potrebbero emettere una debole forma di radiazione termica. Un fenomeno che determinerebbe una costante perdita di massa. Per i buchi neri di origine stellare l’effetto è più o meno irrilevante: la loro temperatura è inferiore a quella del fondo cosmico, il che significa che assorbono più energia di quanta ne emettano. Per i buchi neri primordiali più piccoli, invece, il discorso cambia. La loro temperatura è inversamente proporzionale alla massa, e maggiore è la temperatura, più intensa è la radiazione che emettono. Col passare del tempo un buco nero di piccole dimensioni è destinato quindi a perdere massa sempre più rapidamente, arrivando teoricamente ad evaporare completamente in un’esplosione finale di raggi ad alta energia. Per questo motivo, tutti i modelli standard indicavano che i buchi neri primordiali con massa iniziale inferiore a un miliardo di tonnellate avrebbero dovuto cessare di esistere molto prima dell’epoca attuale.La massa di PlanckCome dicevamo, normalmente si ritiene che un buco nero di piccole dimensioni evapori sempre più velocemente, fino a sparire del tutto in un’esplosione finale che potrebbe produrre radiazioni ad alta energia, come i raggi gamma. La fisica incontra però un limite quando tenta di descrivere gli istanti finali di questa evaporazione. Quando la massa del buco nero si riduce fino a raggiungere la massa di Planck (circa 22 microgrammi, l’equivalente di un capello umano), ci si trova in un punto di confine in cui il mondo microscopico della fisica quantistica e quello macroscopico della relatività generale collidono, e gli effetti di entrambe diventano contemporaneamente dominanti.È qui che entrano in gioco i calcoli appena pubblicati dai fisici della Pennsylvania State University. In precedenza, erano state proposte diverse teorie sul fato a cui andrebbe incontro un teorico “buco nero planckiano”. I calcoli più accettati indicavano che gli ultimi 22 microgrammi rimasti sarebbero evaporati nel giro di circa un secondo. Ma i risultati descritti nel nuovo studio sono differenti: il buco nero planckiano diventerebbe infatti un oggetto estremamente longevo, e inizierebbe ad emettere un nuovo tipo di radiazione, detto “purificante” perché “purifica” lo stato quantistico dell’universo, restituendo l’informazione intrappolata oltre l’orizzonte degli eventi, che sarebbe invece andata perduta se il buco nero fosse evaporato del tutto.La massa mancante?In questo modo, i risultati risolvono uno dei paradossi che emergono dalla radiazione di Hawking, perché per le leggi della fisica non dovrebbe essere possibile cancellare l’informazione quantistica. Il buco nero di 22 microgrammi diventerebbe quindi un oggetto stabile, che inizia ad emettere una radiazione costante esattamente come dovrebbe fare un ipotetico buco bianco. A questo punto, le previsioni dei ricercatori americani si fermano: per studiare più a fondo la transizione di un buco nero primordiale in un microscopico buco bianco servirebbe una teoria della gravità quantistica, un’unificazione della relatività generale e della meccanica quantistica che elude gli sforzi dei fisici da più di un secolo.Quello della Pennsylvania State University resta per ora un modello teorico in attesa di peer review, ma apre una strada affascinante per l’astrofisica. La caccia alla materia oscura, finora concentrata su ipotetiche particelle elementari mai rilevate, potrebbe spostarsi su queste anomalie gravitazionali microscopiche. Se così fosse, vorrebbe dire che la massa mancante dell’universo non è una nuova particella, ma quel che rimane dei primissimi buchi neri della storia.