Un secondo Big Bang all’origine della materia oscura?

Entra nel nuovo canale WhatsApp di NextMe.it Immagine artistica del Big Bang

Il mistero che avvolge la materia oscura ha spinto alcuni fisici a proporre un’ipotesi rivoluzionaria: la materia oscura potrebbe essere stata formata in un momento diverso rispetto alla materia ordinaria. La loro teoria introduce l’idea di un secondo Big Bang, definito “oscuro”, che sarebbe avvenuto successivamente a quello descritto dal modello cosmologico standard. Questo evento potrebbe rappresentare l’origine della materia oscura. Sebbene possa sembrare inverosimile, tale ipotesi potrebbe offrire una spiegazione al motivo per cui la materia oscura continua a sfuggire alla nostra capacità di rilevamento.

In base al modello cosmologico standard, l’Universo ha subito un periodo di inflazione poco dopo il Big Bang. Durante questa fase di transizione, lo spazio-tempo ha conosciuto un’espansione rapida, stimolata dall’energia del vuoto, onnipresente nello spazio. Questa fase ha preceduto il “Big Bang caldo“, caratterizzato da una serie di trasformazioni energetiche che hanno condotto alla stabilizzazione dell’espansione e alla conversione dell’energia del vuoto in un plasma caldo di particelle. Questo processo ha generato le particelle della materia ordinaria (fotoni, leptoni, quark, ecc.) e quelle che compongono la materia oscura, come le ipotetiche Particelle Massive a Interazione Debole (WIMP).

Tuttavia, questo modello incontra difficoltà nel spiegare la formazione della materia oscura, soprattutto a causa della nostra incapacità di rilevarla. Alcuni fenomeni cosmologici, che non trovano spiegazione nella sola presenza della materia visibile, indicano l’esistenza di una fonte gravitazionale significativa. L’osservazione delle galassie, che ruotano velocemente le une intorno alle altre negli ammassi, e delle regioni periferiche delle galassie, che ruotano alla stessa velocità dei loro centri, suggerisce la presenza di ingenti masse di materia invisibile che generano gravità supplementare, presumibilmente cinque volte più abbondante della materia visibile.

Il secondo Big Bang e la genesi separata della materia oscura

I ricercatori dell’Università del Texas a Austin hanno proposto una revisione del modello cosmologico standard, suggerendo che la materia oscura potrebbe essere stata formata separatamente dalla materia visibile, in seguito a un secondo Big Bang. Questo evento sarebbe accaduto nel mese successivo al Big Bang caldo, influenzando solo marginalmente la struttura delle galassie.

Questa nuova teoria cosmologica alternativa sostiene che la formazione della materia visibile e della materia oscura siano avvenute in maniera completamente distinta. Secondo questa teoria, il Big Bang caldo avrebbe prodotto solo radiazioni e materia visibile, escludendo la materia oscura. Tuttavia, mentre inizialmente il settore oscuro sarebbe stato freddo, avrebbe contenuto solo una quantità limitata di energia del vuoto rispetto alla densità di radiazione esistente.

L’energia del vuoto, non soggetta a spostamento verso il rosso, potrebbe diventare significativa in seguito, anche se non avrebbe mai predominato sulla densità energetica dell’Universo. Durante una transizione di fase oscura, quando questa energia si disgrega, potrebbe generare grandi quantità di materia oscura e forse anche di radiazioni oscure. I ricercatori hanno definito questa fase cruciale come “Big Bang Oscuro” o “Dark Big Bang“.

Hanno ipotizzato che questo secondo Big Bang avrebbe potuto creare almeno tre tipi distinti di particelle di materia oscura, ciascuna più insolita dell’altra. Se la transizione di fase fosse avvenuta improvvisamente, avrebbe prodotto particelle massicce tramite bolle in espansione, convertendo il sistema da uno stato all’altro, analogamente alle bolle in acqua bollente. In caso di collisioni tra queste bolle, esse avrebbero rilasciato la loro energia esplodendo.

In uno scenario di Big Bang Oscuro, le bolle avrebbero generato particelle enormi, approssimativamente 10.000 miliardi di volte la massa di un protone, chiamate “darkzillas“, in omaggio al celebre mostro giapponese Godzilla. Invece, se la transizione di fase fosse stata graduale, il Big Bang Oscuro avrebbe portato alla formazione di particelle più modeste, simili ai WIMP. Queste particelle avrebbero interagito con versioni oscure delle forze fondamentali, come un elettromagnetismo oscuro produttore di fotoni oscuri. Tuttavia, in assenza di queste forze, le particelle generate non sarebbero state in grado di equilibrare la loro energia assorbendo o emettendo fotoni oscuri.

Per compensare, si sarebbero trasformate in “particelle cannibali oscure”, consumandosi l’un l’altra per tentare di mantenere un equilibrio energetico. I ricercatori ritengono che le bolle di transizione di fase associate al Big Bang Oscuro potrebbero aver lasciato impronte uniche, sotto forma di onde gravitazionali, che potrebbero potenzialmente confermare la loro teoria. I dettagli dello studio sono stati pubblicati in anteprima sul server arXiv.