Quando gli astronomi hanno scoperto che l'universo si sta espandendo a un ritmo accelerato, hanno teorizzato che una forza sconosciuta stesse spingendo gli oggetti più lontano, superando la gravità. Questa ipotetica forma di energia è stata chiamata "oscura" ed è collegata a un concetto che Einstein aveva proposto ma successivamente scartato: una "costante cosmologica" che si opponeva alla gravità e impediva all'Universo di collassare.
Ad oggi, l'energia oscura ancora sfugge ai nostri attuali metodi di rilevazione, lasciando solo evidenze sperimentali. Oltretutto, finora nessuno ne ha compreso l'origine. Ma adesso, un team di 17 ricercatori internazionali guidati dall'Università delle Hawaii ha identificato la prima prova di una probabile fonte: i buchi neri.

I buchi neri acquisiscono massa in due modi: accrescimento di gas e fusioni con altri buchi neri. Ma studiando nove miliardi di anni di evoluzione dei buchi neri nelle galassie ellittiche giganti dormienti, gli scienziati hanno scoperto che i buchi neri più antichi sono molto più grandi di quanto dovrebbero essere basati in base ai suddetti metodi di crescita. Ciò significa che ci deve essere un altro modo in cui questi buchi neri stanno acquistando massa. I ricercatori suggeriscono che la risposta è l'energia oscura, una forma di energia del vuoto, "un tipo di energia inclusa nello spaziotempo stesso... [che] allontana ulteriormente l'universo, accelerando l'espansione", secondo il comunicato.

Il coautore dello studio, il dottor Dave Clements, del Dipartimento di fisica dell'Imperial College London, ha dichiarato: "Questo è un risultato davvero sorprendente. Abbiamo iniziato osservando come i buchi neri crescono nel tempo e potremmo aver trovato la risposta a uno dei più grandi problemi in cosmologia".

Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.

Gravità vs energia oscura

Negli anni '90 del secolo scorso si è scoperto che l'espansione dell'Universo sta accelerando: tutto si sta allontanando da tutto il resto a un ritmo sempre più veloce. Un concetto difficile da spiegare visto che l'attrazione gravitazionale tra tutti gli oggetti cosmici dovrebbe rallentare l'espansione. L'introduzione del concetto di energia oscura offre una risposta al dilemma ma non del tutto. I buchi neri, infatti, hanno una gravità talmente forte che è difficile da contrastare, specialmente al centro, dove tutto sembra rompersi in un fenomeno chiamato "singolarità".

Il nuovo risultato mostra che i buchi neri guadagnano massa in modo coerente con il loro contenuto di energia del vuoto, fornendo una fonte di energia oscura ed eliminando la necessità che si formino singolarità al loro centro. Tale conclusione è stata raggiunta studiando nove miliardi di anni di evoluzione del buco nero.

Crescita di un buco nero

I buchi neri si formano quando le stelle massicce giungono alla fine della loro vita. Quando si trovano al centro delle galassie, vengono chiamati buchi neri supermassicci. Questi contengono da milioni a miliardi di volte la massa del nostro Sole al loro interno in uno spazio relativamente piccolo, creando una gravità estremamente forte.

Questi mostri cosmici possono diventare ancora più mostruosi e aumentare di dimensioni accumulando materia, ad esempio inghiottendo stelle che si avvicinano troppo o fondendosi con altri buchi neri. Per scoprire se questi effetti da soli potrebbero spiegare la crescita dei buchi neri supermassicci, il team ha esaminato i dati che coprono nove miliardi di anni.

I ricercatori hanno esaminato un particolare tipo di galassie chiamate galassie ellittiche giganti, che si sono evolute all'inizio dell'Universo e poi sono diventate dormienti. Le galassie dormienti hanno finito di formare stelle, lasciando poco materiale per l'accrescimento del buco nero al loro centro, il che significa che qualsiasi ulteriore crescita non può essere spiegata da questi normali processi astrofisici.

Il confronto di galassie lontane (giovani) con le galassie ellittiche locali (vecchie e morte) ha mostrato una crescita dei buchi meri molto più grande di quella prevista per accrescimento o fusioni: i buchi neri di oggi sono 7-20 volte più grandi di quanto non fossero nove miliardi di anni fa.

Accoppiamento

Ulteriori misurazioni con popolazioni correlate di galassie in diversi punti dell'evoluzione dell'Universo mostrano un buon accordo tra le dimensioni dell'Universo e la massa dei buchi neri. 
Questa è la prima prova osservativa che i buchi neri contengono effettivamente energia del vuoto e che sono "accoppiati" all'espansione dell'Universo, aumentando di massa man mano che l'Universo si espande, un fenomeno chiamato "accoppiamento cosmologico". Se ulteriori osservazioni lo confermeranno, l'accoppiamento cosmologico ridefinirà la nostra comprensione di cosa sia un buco nero.

"Non è che altre persone non abbiano proposto fonti di energia oscura", ha detto il primo autore dello studio Duncan Farrah, astronomo dell'Università delle Hawaii, "ma questo è il primo documento osservativo in cui non stiamo aggiungendo nulla di nuovo all'Universo come fonte di energia oscura: buchi neri nel sistema della teoria della gravità di di Einsteinsono l'energia oscura''.