Cosa accadeva nei primissimi battiti di vita del cosmo, quando il tempo stesso stava imparando a scorrere?
Meno di un secondo dopo il Big Bang, l’universo non era ancora un mare di stelle, ma un brulicare di particelle elementari che si urtavano, si fondevano, si annientavano. Eppure, in quell’inferno primordiale, potrebbero essere nati oggetti così esotici da sfidare la nostra immaginazione — vere e proprie “stelle impossibili”, alimentate non dalla fusione nucleare, ma da processi quantistici e gravotermici.
Un recente studio della SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste), in collaborazione con INFN, IFPU e l’Università di Varsavia, e pubblicato nel 2025 su Physical Review D, propone un viaggio teorico nel tempo fino a quell’istante dimenticato: il primo secondo dopo il Big Bang.
Un vuoto che brulica di materia
Sappiamo molto di ciò che accadde durante la nucleosintesi primordiale — quando, tra 10 secondi e 20 minuti dopo l’origine del tempo, nacquero i primi nuclei di elio e deuterio.
Ma il periodo immediatamente precedente resta avvolto nel mistero. Secondo i ricercatori, in quell’intervallo l’universo potrebbe essere stato dominato non dall’energia delle radiazioni, ma dalla materia stessa: una fase ipotetica chiamata Era di Dominazione Iniziale della Materia (Early Matter-Dominated Era, EMDE).
Durante quell’epoca, le particelle non si limitavano a muoversi caoticamente — iniziavano a collassare sotto la propria gravità, formando minuscoli “aloni di materia”. Da lì, secondo i modelli numerici, sarebbero nate le prime strutture cosmiche mai esistite.
Uno zoo di stelle primordiali
Nel caos dell’alba cosmica, il collasso gravotermico di questi aloni avrebbe potuto dare vita a un intero “zoo” di oggetti compatti:
- Le stelle cannibali, che divorano sé stesse: non bruciano idrogeno come il Sole, ma ottengono energia dall’auto-annichilazione delle particelle che le compongono.
- Le stelle di bosoni, rette non dal calore ma dalla meccanica quantistica. Effimere e instabili, potrebbero essere collassate in buchi neri primordiali (PBH) dopo pochi istanti.
- I buchi neri primordiali, nati direttamente dal collasso degli aloni di materia o come eredità delle stelle di bosoni, potrebbero essere stati i primi buchi neri della storia del cosmo — molto prima della nascita delle galassie.
Le simulazioni del team mostrano che questi oggetti sarebbero stati minuscoli su scala cosmica — con masse inferiori a 102810^{28}1028 grammi, paragonabili a grandi montagne terrestri — ma con densità mostruose.
Quando la materia oscura era luce
Il lavoro dei ricercatori apre una finestra anche sul più grande enigma cosmico: l’origine della materia oscura.
Alcuni dei buchi neri primordiali nati in questa fase potrebbero aver sopravvissuto fino a oggi, rappresentando una frazione significativa (forse totale) della materia oscura dell’universo.
Altri, più piccoli, sarebbero evaporati rapidamente attraverso l’emissione di radiazione di Hawking, scomparendo molto prima che si formassero gli atomi di idrogeno ed elio.
Queste due possibilità — sopravvivenza o evaporazione — definiscono i limiti stessi della cosmologia moderna: se anche solo una parte di quella popolazione primordiale è ancora tra noi, potremmo presto rilevarne le tracce attraverso le onde gravitazionali o le distorsioni del fondo cosmico a microonde.
Un universo che ancora crea mostri
Lo studio si chiude con un interrogativo affascinante: questi processi potrebbero ripetersi ancora oggi?
Gli autori ipotizzano che strutture analoghe — stelle di bosoni o “stelle cannibali” — potrebbero formarsi anche nel presente, nei punti in cui la materia oscura auto-interagente collassa su sé stessa. Se così fosse, potremmo essere circondati da oggetti invisibili che divorano lentamente le proprie particelle in un silenzioso pasto cosmico.
Il primo secondo che durò un’eternità
Nel volgere di un solo secondo, l’universo potrebbe aver già scritto il destino delle sue strutture più misteriose: buchi neri, stelle quantistiche, e forse la stessa materia oscura.
Questa nuova ricerca ci invita a ripensare l’alba del cosmo non come un momento di semplicità, ma come un laboratorio caotico e creativo, dove la fisica più estrema ha dato vita ai semi di tutto ciò che oggi vediamo.
Stefano Camilloni
