Galactic microlensing by Lobo-Parsaei-Riazi phantom wormhole: Paczynski light curves and probabilistic features

Nelle vaste e oscure regioni tra le stelle, gli astronomi sospettano da tempo che oggetti invisibili possano vagare attraverso la galassia. Alcuni di questi sono noti come buchi neri, i resti collassati di stelle morte che intrappolano la luce nella loro morsa. Altri sono stranezze teoriche chiamate wormhole, che sono simili a tunnel nel tessuto dello spazio che potrebbero connettere regioni distanti dell'universo. Mentre i buchi neri sono una parte confermata del nostro inventario cosmico, i wormhole rimangono un'ipotesi, una soluzione alle equazioni della gravità che non è mai stata osservata direttamente. La sfida per gli scienziati è che sia i buchi neri che i wormhole possono curvare la luce delle stelle sullo sfondo in modi simili, facendoli apparire quasi identici quando passano davanti a una stella lontana. Questo fenomeno, noto come microlensing gravitazionale, agisce come una lente d'ingrandimento cosmica, facendo brillare temporaneamente una stella mentre un oggetto invisibile passa tra essa e la Terra. La domanda che ha tormentato i ricercatori è se i dettagli sottili di questo aumento di luminosità possano rivelare la vera natura della lente invisibile, distinguendo un buco nero da un wormhole.

Un team di ricercatori ha esaminato questo problema con uno sguardo nuovo, concentrandosi su un tipo specifico di wormhole teorico noto come modello di Lobo-Parsaei-Riazi. Questi oggetti sono sostenuti da una strana forma di materia chiamata materia fantasma, che si ritiene sia responsabile dell'espansione accelerata dell'universo. A differenza della materia normale, questa sostanza fantasma possiede proprietà insolite che permettono a un wormhole di rimanere aperto senza collassare. I ricercatori si sono posti l'obiettivo di calcolare esattamente come un tale wormhole curverebbe la luce mentre si muove attraverso il cielo, guardando specificamente a scenari in cui il wormhole si trova nella nostra galassia e agisce come lente su stelle nel denso rigonfiamento centrale della Via Lattea o nella Grande Nube di Magellano, una galassia vicina. Non si sono limitati a esaminare il caso più semplice; hanno eseguito un calcolo altamente dettagliato del percorso della luce, tenendo conto di sottili correzioni che diventano importanti quando la luce passa molto vicino al wormhole.

Lo studio rivela una distinzione netta tra i wormhole che hanno massa e quelli che non ne hanno. Per i wormhole massicci, che sono il fulcro principale di questo lavoro, le curve di luce — i grafici che mostrano come la luminosità di una stella cambi nel tempo — appaiono sorprendentemente simili a quelle prodotte da un buco nero. Mentre il wormhole passa davanti a una stella, la stella brilla fino a un picco e poi svanisce in una curva fluida e simmetrica. Questa somiglianza esiste perché, per questi oggetti massicci, il modo principale in cui curvano la luce è proporzionale all'inverso della distanza, un comportamento condiviso con i buchi neri. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che la forma specifica della gola del wormhole e le proprietà della materia fantasma al suo interno lasciano un'impronta digitale tenue. Analizzando la tempistica precisa e l'altezza esatta del picco di luminosità, è teoricamente possibile distinguere un wormhole massiccio da un buco nero, sebbene la differenza sia sottile e richieda misurazioni molto precise.

La situazione cambia drasticamente se il wormhole non ha massa. In questo scenario privo di massa, il comportamento della luce è fondamentalmente diverso. Invece di un singolo picco di luminosità fluido, la curva di luce sviluppa un calo o un avvallamento proprio nel momento dell'avvicinamento massimo. La stella potrebbe illuminarsi, poi scendere brevemente al di sotto della sua luminosità normale, e poi illuminarsi di nuovo. Questo "solco" nella curva di luce è una firma unica che non appare nel lensing causato da buchi neri o wormhole massicci. I ricercatori hanno calcolato che, per un wormhole privo di massa, questo calo si verificherebbe in un periodo molto breve, durando solo una frazione di un giorno, mentre il caso massiccio coinvolge un evento molto più lungo. Questa caratteristica distinta offre un potenziale modo per identificare un wormhole privo di massa, qualora venisse mai individuato, poiché nessun buco nero produrrebbe mai un simile calo.

Oltre alla forma della curva di luce, il team ha anche stimato quanto spesso questi eventi potrebbero verificarsi e quanto sia probabile che vengano visti. Hanno assunto che questi wormhole siano legati alla nostra galassia, vagando nell'alone di materia oscura che ci circonda. Utilizzando un modello semplificato, hanno calcolato la probabilità che un wormhole passi davanti a una stella sullo sfondo e il tasso con cui tali eventi accadrebbero. I risultati mostrano che, sebbene questi eventi siano rari, non sono impossibili da rilevare con i sondaggi attuali o futuri. La probabilità di osservare un evento dipende fortemente dalle dimensioni della gola del wormhole e dalle proprietà specifiche della materia fantasma. Per wormhole più grandi, la possibilità di rilevamento aumenta, ma gli eventi rimangono fugaci. I ricercatori hanno sottolineato che questi numeri sono illustrativi, destinati a most mostrare come la probabilità scala con la dimensione e il tipo di wormhole, piuttosto che essere una previsione definitiva di quanti ne verranno trovati.

Il lavoro sottolinea che, sebbene i wormhole e i buchi neri possano imitarsi, non sono gemelli identici. I wormhole massicci studiati qui si comportano in modo molto simile ai buchi neri nel modo in cui illuminano le stelle, ma le versioni prive di massa offrono una firma completamente diversa con i loro caratteristici cali di luminosità. Lo studio non sostiene di aver trovato un wormhole, né prova che essi esistano. Invece, fornisce una mappa dettagliata di cosa cercare. Se gli astronomi dovessero mai individuare un evento di microlensing che mostra un calo di luminosità o una curva di luce che corrisponde alle specifiche previsioni per questi wormhole fantasma, potrebbe trattarsi della prima evidenza osservativa di questi esotici tunnel nello spazio. Fino ad allora, la ricerca continua, guidata da queste mappe teoriche che ci dicono esattamente come l'universo potrebbe rivelare i suoi segreti più nascosti.