I buchi neri hanno salvato l'universo divorando il suo gemello di antimateria

Nel primo trilionesimo di secondo dopo il Big Bang, l'universo era essenzialmente un patto suicida. Per ogni frammento di materia che appariva, un gemello identico di antimateria emergeva al suo fianco, pronto a toccarsi e a svanire istantaneamente in un lampo di pura energia. Secondo tutte le leggi della fisica nota, il cosmo avrebbe dovuto essere un fuoco d'artificio di breve durata che non avrebbe lasciato nulla se non luce vuota. Semplicemente, non dovremmo essere qui.

La fisica chiama questo problema asimmetria barionica. È il massimo errore contabile cosmico. Se materia e antimateria fossero state create in quantità uguali, si sarebbero dovute annichilire a vicenda completamente, lasciando un universo senza stelle, senza pianeti e certamente senza persone a chiedersi perché le luci fossero spente. Eppure, eccoci qui, in un mondo fatto quasi interamente di materia, con il gemello di antimateria da nessuna parte.

Nikodem Poplawski, fisico teorico dell'Università di New Haven, crede di aver trovato il colpevole di questa rapina cosmica. Suggerisce che l'antimateria mancante non sia semplicemente svanita nel nulla; è stata mangiata. Nello specifico, è stata risucchiata da uno sciame di buchi neri primordiali formatisi nel caos estremo e ad alta densità del primo universo, lasciando la materia ordinaria a ereditare la Terra.

La metà mancante dell'universo non è solo una curiosità filosofica. Se dovessi stringere la mano al tuo doppio di antimateria, l'esplosione risultante farebbe impallidire la più grande arma nucleare mai costruita. Questa instabilità intrinseca significa che qualsiasi squilibrio, per quanto lieve, determinerebbe il destino di ogni cosa. La teoria di Poplawski si basa su una differenza specifica e sottile nel modo in cui questi due tipi di particelle si comportano sotto la morsa schiacciante della gravità.

I buchi neri primordiali sono i fantasmi del cosmo primordiale. A differenza dei buchi neri che osserviamo oggi, che si formano dal collasso delle stelle, questi oggetti sarebbero stati forgiati direttamente dalla zuppa del Big Bang stesso. Sono un punto fermo della fisica teorica da quando Stephen Hawking li ha ipotizzati per la prima volta negli anni '70, sebbene siano rimasti frustrantemente invisibili ai nostri telescopi.

Poplawski sostiene che questi minuscoli e antichi pozzi gravitazionali avessero una preferenza. Nell'ambiente ad alta energia del primo universo, le particelle di antimateria potrebbero essere state leggermente più massicce o essersi mosse in modo diverso rispetto alle loro controparti di materia. Non si tratta solo di un'ipotesi; esperimenti recenti hanno dimostrato che alcune particelle, come i mesoni, decadono diversamente dalle loro versioni di antimateria. Se l'antimateria fosse stata "più pesante" o più lenta, sarebbe diventata un bersaglio più facile.

La gravità è un cacciatore paziente, ma preferisce prede che si muovono lentamente. Se le particelle di antimateria fossero state effettivamente più massicce delle particelle di materia durante la fase iniziale di produzione di coppie, avrebbero viaggiato a velocità inferiori. Come ogni meccanico orbitale può confermare, più lentamente si muove un oggetto, più è probabile che venga catturato da un'attrazione gravitazionale.

Poplawski suggerisce che questi buchi neri primordiali abbiano agito come filtri cosmici. Hanno catturato l'antimateria più lenta a tassi significativamente più alti rispetto alla materia, che si muoveva più velocemente. Una volta che una particella di antimateria attraversa l'orizzonte degli eventi, scompare per sempre dal nostro universo osservabile. Ciò che è rimasto fuori dai buchi neri è stato un leggero surplus di materia.

Questa teoria fa molto più che spiegare perché esistiamo; potrebbe risolvere un grattacapo che affligge attualmente i team del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA. Da quando ha iniziato a guardare all'alba dei tempi, il JWST ha individuato buchi neri supermassicci che sono molto più grandi di quanto avrebbero diritto di essere. Alcuni di questi mostri, miliardi di volte più massicci del nostro sole, appaiono appena 500 milioni di anni dopo il Big Bang.

La teoria del "mangiatore di antimateria" di Poplawski fornisce una scorciatoia ingegnosa. Se i buchi neri primordiali fossero stati impegnati a divorare enormi quantità di antimateria pesante nei primi istanti dell'universo, avrebbero ottenuto un notevole vantaggio. Non sono partiti come piccoli semi; sono partiti come ghiottoni ingordi. Mangiando il gemello di antimateria dell'universo, sono cresciuti abbastanza velocemente da diventare le ancore supermassicce delle prime galassie.

La tensione qui risiede nel fatto che stiamo ancora lavorando con la mappa dell'universo di Einstein, e i buchi neri sono il punto in cui quella mappa inizia a strapparsi. La relatività generale descrive i buchi neri come singolarità, punti di densità infinita dove le leggi della fisica si infrangono. La maggior parte dei fisici, incluso Poplawski, sospetta che questo sia un segno che la teoria di Einstein è incompleta.

Se i buchi neri non fossero punti di rovina infiniti ma oggetti con una struttura interna, la loro capacità di immagazzinare ed elaborare materia (o antimateria) cambierebbe le regole del gioco. Nella comunità dei fisici sta crescendo la sensazione che, man mano che le nostre immagini dei buchi neri diventano più dettagliate, scopriremo che la ricetta di Einstein per la gravità necessita di una riscrittura. Stiamo cercando un ponte tra il mondo gigante della gravità e il mondo minuscolo delle particelle quantistiche.

Il modello di Poplawski evita molte delle trappole della "nuova fisica" in cui cadono altre teorie. Molte spiegazioni per lo squilibrio materia-antimateria richiedono l'invenzione di particelle o forze del tutto nuove mai viste in laboratorio. L'idea di Poplawski utilizza gli ingredienti che già possediamo — buchi neri e gravità — e ne modifica semplicemente il tempismo e l'appetito.

La difficoltà, come sempre con il Big Bang, è provarlo. Non possiamo tornare al primo secondo del tempo per osservare questi buchi neri mentre si nutrono. Tuttavia, stiamo diventando più bravi ad ascoltare l'universo. Le onde gravitazionali — increspature nel tessuto dello spazio-tempo causate da collisioni massicce — potrebbero fornire le prove di cui Poplawski ha bisogno.

Se il primo universo fosse stato pieno di buchi neri primordiali, avrebbero lasciato una firma specifica nel fondo di onde gravitazionali. Allo stesso modo, i neutrini — particelle spettrali che attraversano quasi tutto — potrebbero trasportare informazioni da quell'epoca che la luce non può trasmettere. Queste particelle agiscono come archeologi cosmici, riportando dati da un periodo in cui l'universo era troppo opaco per essere visto dai telescopi.

Esiste anche la possibilità di testare questa teoria nel nostro "cortile". Se materia e antimateria avessero davvero masse o risposte gravitazionali leggermente diverse ad alte densità, futuri esperimenti con acceleratori di particelle potrebbero riuscire a rilevarlo. Attualmente stiamo sondando densità e distanze che erano inimmaginabili un decennio fa.

Accettare questa teoria richiede un cambiamento nel modo in cui vediamo il nostro posto nel cosmo. Di solito pensiamo ai buchi neri come ai distruttori di mondi — gli scarichi oscuri al centro delle galassie dove la luce va a morire. Ma nella versione degli eventi di Poplawski, essi sono il motivo per cui la festa è iniziata fin dal principio.

Senza questi antichi aspirapolvere invisibili, la materia che compone il tuo DNA sarebbe stata annichilita prima ancora di avere la possibilità di diventare un atomo. È un pensiero strano: potremmo dover la nostra vita proprio agli oggetti che solitamente associamo alla fine di tutto. Se l'universo ha un pregiudizio, sembra che sia un pregiudizio a favore dei sopravvissuti al banchetto di un buco nero.

Per ora, la teoria rimane un avvincente lavoro di indagine matematica. Si adatta ai dati che abbiamo dal JWST e affronta il più grande mistero della cosmologia senza dover inventare un insieme di regole completamente nuovo. Ma finché non riusciremo a intravedere un buco nero primordiale o a rilevare l'eco della loro frenesia alimentare iniziale, ci rimarrà un universo che è uno splendido sottoprodotto accidentale di un pasto cosmico preistorico.