Rappresentazione artistica dello scontro tra due buchi neri (Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery - OzGrav)

Il più grande scontro tra buchi neri mai scoperto

Il loro turbolento incontro 7 miliardi di anni fa produsse un buco nero ancora più grande, ma non è la parte più strana e sorprendente di questa storia

di Emanuele Menietti – @emenietti
Rappresentazione artistica dello scontro tra due buchi neri (Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery - OzGrav)

Sette miliardi di anni fa, due buchi neri entrarono in collisione tra loro producendo un gigantesco scontro. Le tracce di quell’evento, avvenuto a miliardi di chilometri di distanza dalla Terra, sono state rivelate di recente da un gruppo di ricercatori e offrono nuovi spunti e interrogativi sui buchi neri, gli oggetti più affascinanti e per molti versi misteriosi dell’Universo.

Uno dei due buchi neri aveva una massa circa 66 volte quella del nostro Sole, mentre l’altro era ancora più massiccio e si stima avesse circa 85 volte la massa della nostra stella. Si avvicinarono inesorabili avvitandosi l’uno sull’altro, fino a fondersi insieme liberando una colossale quantità di energia che iniziò ad attraversare l’Universo e che sarebbe stata poi rivelata dagli astrofisici dei nostri giorni. Da quell’immenso incidente nacque un nuovo buco nero, ancora più grande e con una massa stimata in circa 142 volte quella del nostro Sole. Nel caso in cui a questo punto ve lo stiate chiedendo: il Sole ha una massa di 2mila miliardi di miliardi di miliardi di chilogrammi, da sola costituisce il 99,9 per cento circa di quella complessiva del nostro sistema solare.

Gli astrofisici sanno da tempo che i buchi neri si possono scontrare tra loro, e infatti la scoperta del nuovo scontro è importante per un altro motivo: ha offerto una prima chiara occasione per rivelare la nascita di un buco nero di massa intermedia, una classe di questi oggetti piuttosto sfuggente. Grazie ai progressi ottenuti negli ultimi decenni, gli astrofisici hanno migliorato le loro capacità per scovare gli indizi sull’esistenza dei buchi neri di piccole dimensioni (con una massa tra le 5 e le 100 volte quella del Sole) e dei buchi neri supermassicci (che si trovano di solito al centro delle galassie e con masse milioni o miliardi di volte quella del Sole), mentre finora avevano avuto meno fortuna con i buchi neri intermedi, e che hanno una massa tra 100 e 100.000 volte quella del Sole.

In passato alcune misure avevano consentito di indicare la probabile esistenza di alcuni buchi neri intermedi, ma senza successive conferme per fugare i dubbi. Trovarli e studiarli è però molto importante, perché le loro caratteristiche potrebbero aiutare gli astrofisici a comprendere in generale le qualità e il comportamento dei buchi neri.

La scoperta del grande scontro, e della nascita del nuovo buco nero intermedio, è stata pubblicata questa settimana sulle riviste scientifiche The Astrophysical Journal Letters e su Physical Review Letters ed è stata resa possibile dall’osservazione delle onde prodotte dalla fusione dei due buchi neri. Questi scontri sono infatti talmente energetici da creare scossoni nello spazio-tempo, producendo increspature che si diffondono alla velocità della luce nell’Universo. Queste “onde gravitazionali” (qui le avevamo raccontate più estesamente, se siete confusi) ci arrivano quando sono ormai estremamente deboli, al punto da essere molto difficili da rilevare.

Dalla prima volta in cui sono riusciti a farlo nel 2015, gli astrofisici sono diventati abili cacciatori di onde gravitazionali grazie agli osservatori LIGO negli Stati Uniti e Virgo in Italia, registrando circa 70 eventi distinti. Quello dell’attuale ricerca, chiamato GW190521, era stato osservato il 21 maggio dello scorso anno, debole al punto da rischiare di passare inosservato. Utilizzando alcuni modelli al computer, i ricercatori sono riusciti a ricostruire le masse coinvolte nell’evento e la quantità di energia prodotta. Nello scontro, scrivono nella loro analisi, una massa pari a più di 7 volte quella del Sole fu rilasciata sotto forma di energia in poche frazioni di secondo.

 

La pubblicazione della ricerca ha attirato grande interesse tra gli studiosi di buchi neri, ma ha anche fatto sollevare qualche perplessità. Secondo alcuni, le onde gravitazionali rivelate sarebbero state prodotte dal collasso di una stella o da un altro evento cosmico di dimensioni contenute, considerata la loro debolezza. Gli autori della ricerca non escludono questa circostanza, ma ritengono che comunque la spiegazione dello scontro tra due buchi neri sia la più logica, sulla base dei dati in loro possesso.

Il nuovo studio potrebbe aiutare a spiegare alcune caratteristiche dell’Universo in relazione ai buchi neri: ce ne sono molti di piccoli e sparpagliati – che si sono formati in seguito al collasso gravitazionale di una stella massiccia alla fine della propria evoluzione (durante un’esplosione come supernovae) – e una quantità più contenuta di supermassicci al centro delle galassie. Una delle ipotesi più condivise è che questi ultimi si formino man mano che collidono e si fondono tra loro i buchi neri di dimensioni più piccole. Se così fosse, però, dovrebbero allora esserci buchi neri di dimensioni intermedie, cioè quelli in fase di accrescimento e che infine diventeranno supermassicci: trovarli si era rivelato finora estremamente difficile.

I ricercatori confidano di poter trovare presto nuove tracce della fusione di buchi neri che porta alla produzione di quelli intermedi. Nei prossimi mesi LIGO e Virgo saranno riavviati, dopo essere stati sottoposti ad alcune attività di manutenzione e potenziamento che hanno reso i loro sistemi ancora più sensibili. Una volta attivi, potrebbero aiutarci a capire qualcosa di più su tutto quello che ci sta intorno, anche a miliardi di anni luce da qui.