Materia oscura + buco nero = wormhole?

Stando a un articolo pubblicato recentemente su arXiv, la differenza tra un qualsiasi buco nero supermassivo e un wormhole, un tunnel nello spazio spazio-tempo, potrebbe risiedere nella materia oscura. Per quanto possa sembrare il tipo di sciocchezza pseudoscientifica che spesso trova spazio su arXiv, in realtà l’idea potrebbe avere del buono.

La teoria riguarda una forma particolare di materia oscura, nota come materia oscura assionica. Gli assioni, ipotetiche particelle fondamentali della materia legate alla forza nucleare forte, non sono gli unici candidati come materia oscura, ma dal momento che la ricerca delle WIMP (weakly-interacting massive particles)—di gran lunga le più popolari tra le possibili particelle che potrebbero comporre la materia oscura—risultano infruttuose, sta prendendo piede l’ipotesi di una materia oscura assionica. Si teorizza che gli assioni di materia oscura permeino l’universo come un condensato di energia dove interagiscono debolmente grazie alla forza elettromagnetica ed esistono come un qualche fantasmica schiuma cosmica.

Nonostante gli assioni, presi singolarmente, siano molto leggeri, tutti insieme avrebbero massa sufficiente per rendere conto dell’aura di materia oscura che costituisce l’impalcatura delle galassie. Gli assioni vengono cercati sperimentalmente tramite giganteschi specchi sulla Terra.

L’idea del wormhole ha a che fare con il modo in cui si teorizza che gli assioni interagiscano con i campi elettromagnetici. “Molti autori hanno preso in considerazione l’interazione elettromatica degli assioni,” scrive Konstantinos Dimopoulos, dell’Università di Lancaster, nel Regno Unito. “Tuttavia l’effetto di questa interazione sul condensato di assioni è stata ampiamente ignorata, assumendo fosse irrilevante.” Forse invece c’è dell’altro, ipotizza Dimopoulos.

Questo “altro” riguarderebbe la, seppur debole, relazione tra gli assioni e la forza elettromagnetica. Appena si sottopongono gli assioni a qualche campo magnetico di grande intensità, dovrebbero iniziare ad accadere cose strane. L’articolo di Dimopoulos rileva che “se il campo magnetico è sufficientemente forte, la materia oscura assionica ne risulta modificata al punto da portare alla violazione delle condizioni energetiche deboli e dominanti.” In altre parole, la materia assionica sarebbe portata a uno stato di energia negativa.

E la materia con massa-energia negativa, altrimenti nota come materia esotica, si pensa renda possibile un wormhole, una “gola” che connette due bocche poste in posizioni differenti dell’Universo e, potenzialmente, molto distanti tra loro.

Immagine: NASA/JPL-Caltech

Ora, dove troviamo dei campi magnetici abbastanza forti da trasformare della vecchia e semplice materia oscura assionica in materia esotica strappa spazio-tempo? Esatto, proprio vicino al buco nero supermassivo di un nucleo galattico attivo (AGN). Man mano che un buco nero assorbe ciò che lo circonda, i pezzi iniziano a collidere uno contro l’altro, mentre superano l’orizzonte degli eventi. Queste collisioni causano frizione, che crea calore, e capita che diano luogo a getti di particelle che schizzano alla velocità della luce. Questi getti sono accompagnati da campi magnetici di forma ellittica (come mostra l’illustrazione qui sopra).

Un aspetto importante degl iassioni (ammesso che esistano) è che oscillano naturalmente. Dato che non c’è niente che interferisce con loro, non c’è niente che smorza il loro movimento, che possiamo immaginare essere un avanzo dei primi tempi energetici dell’universo. Come tale, l’universo è una vasta distesa di questi perenni yo-yo, che se la spassano perché non c’è una sola cosa nel reame dell’esistente che possa dare loro noia.

Questo, finché non incontrano un buco nero supermassivo. In tal caso, il legame elettromagnetico debole della materia assionica è più che sufficiente per accoppiarsi con i fotoni energetici dell’ellisse magnetico che corrono fuori dal buco nero. Succede qualcosa di strano. In un processo per certi versi simile a quello che crea massa tramite il meccanismo di Higgs (pensate alla famosa metafora del tizio che si sposta attraverso una festa affollata), l’assione finisce per guadagnare un po’ più di massa, che è compensata da un po’ di energia negativa. Questo, almeno, è ciò che ci dice la matematica.

Così arriviamo alla nascita di un wormhole. “È possibile traformare i buchi neri supermassivi al centro delle galassie attive in wormhole stabili (e possibilmente attraversabili)?,” si chiede il paper. “Citando la famosa frase di Wheeler, ‘la materia dice allo spazio-tempo come curvarsi.’ Dunque, la presenza di materia dalla densità negativa e di campi magnetici forti potrebbe forzare l’apparizione di wormhole al centro di un AGN.”

Sarebbe sicuramente una figata, ma niente di particolarmente utile in senso prettamente fantascientifico. Potrebbe raccontarci qualcosa di nuovo e incredibile su come si originano le galassie, e anche sulla natura della materia oscura. Inoltre: come puntualizza Sabine Hossenfelder a Backreaction, il buco nero supermassivo più vicino alla Terra si trova a 26.000 meravigliosi anni luce da qui.

Infine, Dimopoulos chiude il suo articolo di ricerca con una perla di vera fantascienza: “Come corollario, se la materia oscura è davvero assionica, ha senso immaginare che una civiltà avanzata possa generare campi magnetici elicoidali artificialmente, con le caratteristiche necessarie per alterare la natura della materia oscura locale e possibilmente generare un wormhole. Questo potrebbe diventare un modo per trasformare i viaggi interstellari (e/o quelli nel tempo) in realtà.”

Avanti tutta, allora.