Osservato il più grande buco nero, nato da una fusione. LIGO mette tutto in gioco

LIGO / Caltech / MIT / R. Feriti (IPAC)

Gerarchia dei buchi neri

(a cura di Felicia Barbato)

“Einstein aveva torto quando disse: ‘Dio non gioca a dadi. In effetti, prendere in considerazione i buchi neri suggerisce non solo che Dio sta giocando a dadi, ma a volte ci confonde lanciandoli dove non possono essere visti. ” [S. Hawking]

Collaborazioni internazionali LIGO-Virgo ha annunciato oggi di aver osservato il primo buco nero di massa intermedia, una categoria precedentemente sconosciuta. Ma non è tutto. L’esistenza di questa categoria sarebbe infatti “proibita” dalle teorie correnti. Questa notizia mette tutto in gioco, dimostrando l’ennesima conferma di quanto poco sappiamo davvero dell’Universo in cui viviamo. Ogni volta che volgiamo i nostri strumenti al cielo, l’Universo ci offre una nuova scoperta.

Gli esperimenti di LIGO-Virgo, progettati per il rilevamento delle onde gravitazionali, hanno rivelato il segnale per quella che potrebbe essere la più massiccia fusione di buchi neri mai vista fino ad oggi.

Un segnale che è durato meno di un decimo di secondo. Molto breve ma sufficiente per capire che l’onda gravitazionale è stata generata da una sorgente molto lontana sia nello spazio che nel tempo. Un segnale che è partito dalla sorgente quando l’Universo aveva solo la metà dei suoi anni e ha viaggiato per circa 7 miliardi di anni prima di raggiungerci, prima di far oscillare gli strumenti di LIGO e Virgo.

Solo quattro brevi fluttuazioni, un segnale molto diverso da quelli visti finora. Una specie di lampo che segna il momento in cui i due buchi neri progenitori si fondono.

L’onda gravitazionale oggetto di studio è stata rivelata il 21 maggio 2019 ed è stata battezzata con il nome scientifico GW190521. Per generarlo, c’erano due buchi neri che si muovevano a spirale l’uno intorno all’altro e allo stesso tempo ruotavano su se stessi, terminando questa danza in una fusione che ha generato un nuovo buco nero unico.

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Un evento unico

GW190521 è un evento unico nel suo genere per molti versi.

Il buco nero appena nato ha una massa 142 volte quella del Sole. Questa caratteristica è già di per sé un record, poiché finora il più grande buco nero generato dalla fusione dei buchi neri era stato osservato nel 2017 e si vantava di una massa “solo” 80 volte maggiore di quella del Sole.

Ad aggiungere unicità a questa osservazione sono le caratteristiche degli antenati, due buchi neri di massa intermedia, rispettivamente 85 e 66 masse solari.

Sono questi numeri a rendere speciale questo evento. Secondo le attuali teorie sulla formazione dei buchi neri, esiste una cintura “proibita”, quella tra le 65 e le 120 masse solari, che è esattamente la cintura a cui appartengono gli antenati di GW190521.

Come è nato un buco nero?

La teoria prevede che i buchi neri di massa stellare nascano quando una stella massiccia muore. Esistono diversi scenari di partenza.

Il primo, che riesce a spiegare come stelle di dimensioni fino a 130 masse solari possano produrre buchi neri fino a 65 masse solari.

Nel corso della sua vita, infatti, nel nucleo della stella si producono elementi leggeri che premono verso l’esterno e bilanciano la spinta degli strati superficiali della stella che tendono a collassare a causa del spinta gravitazionale generata dalla stella stessa.

Alla fine della sua vita, la stella smette di produrre elementi leggeri nel nucleo, sconvolgendo questo equilibrio e collassando.

Al collasso, parte della massa della stella viene convertita in energia sotto forma di un’esplosione molto violenta chiamata Supernova. La massa rimanente diventa un buco nero.

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Il secondo scenario invece tiene conto del collasso di stelle ancora più massicce. In questo caso, un fenomeno chiamato “instabilità di coppia” è responsabile del collasso della stella. Nel cuore di queste stelle vengono prodotte coppie di elettroni e positroni (antielettroni) che producono una pressione verso l’esterno inferiore a quella generata nel primo scenario.

Ciò fa collassare la stella e l’esplosione associata è così forte che nient’altro viene lasciato indietro.

Questo secondo scenario è quindi responsabile della zona vietata. E anche nel caso in cui stelle ancora più massicce (con una massa fino a 200 volte quella del sole) collassassero direttamente in un buco nero, la massa di quest’ultimo secondo la teoria sarà sempre almeno 120 volte quella del sole. .

Rivelazioni inaspettate e nuove teorie

Secondo questi scenari, sembra che una stella che collassa non possa essere responsabile della formazione di buchi neri tra 65 e 120 masse solari. Tuttavia, il più grande dei due antenati di questo buco nero si trova proprio in questa fascia “proibita”.

“Il fatto di vedere un buco nero in questa cintura proibita sarà un enigma per molti astrofisici che dovranno cercare di spiegare come si è formato questo buco nero”, spiega il direttore del laboratorio Artemis dell’Osservatorio da Nizza in Francia.

Una delle possibili spiegazioni, discussa dagli scienziati nell’articolo pubblicato su Astrophyiscal Journal Letters, è che questo evento è gerarchico.

Ciò prevede che gli stessi progenitori di GW190521 siano nati da una fusione di due buchi neri più piccoli.

“Questo evento crea più domande che risposte”, conferma Alan Weinstein, professore di fisica al Caltech. “Dal punto di vista della scoperta e della fisica, questa cosa è molto eccitante!”

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