Scienziati catturano enorme onda gravitazionale che non dovrebbe esistere

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Due rilevatori catturano la più potente collisione di due buchi neri mai osservata, ma non si capisce come sia avvenuta

I rilevatori hanno catturato lo stesso segnale che corrisponde alla più potente sorgente di onde gravitazionali mai osservata. Come Albert Einstein predisse più di un secolo fa, i fenomeni più violenti nel cosmo producono queste increspature dello spazio-tempo – il materiale di cui è fatto l’universo – che viaggiano alla velocità della luce in tutte le direzioni . 

Dopo aver raggiunto la Terra dopo aver percorso infinite distanze cosmiche, queste onde sono così deboli che Einstein era scettico sul fatto che potessero essere catturate.

Il segnale è stato catturato il 21 maggio 2019 ed è durato appena un decimo di secondo. Dopo più di un anno di studio, l’andamento che questa caratteristica vibrazione ha prodotto nei fasci di luce laser dei rivelatori LIGO, negli USA, e Virgo, in Italia, ha permesso di ricostruire come si sia verificato questo fenomeno.

L‘onda gravitazionale proviene dalla fusione di due buchi neri e sarebbe la più grande catturata fino ad oggi, come spiegato in due studi questo mercoledì dai quasi 2.000 scienziati di 19 paesi che lavorano con i dati di entrambi i rilevatori. 

La collisione è avvenuta circa 7 miliardi di anni fa – prima della formazione del sistema solare e della Terra – quando un buco nero con una massa 85 volte quella del nostro Sole si è scontrato con un altro equivalente a circa 66 stelle solari. 

La cosa interessante è che ´secondo la teoria delle leggi della relatività generale , questo fenomeno è impossibile da spiegare: o la teoria dell’evoluzione stellare deve essere modificata oppure i buchi neri coinvolti hanno un origine sconosciuta e ancora misteriosa.

Questa è la scoperta più importante in questo campo da quando è stata scoperta la prima onda gravitazionale nel 2016.

“Sia i buchi neri iniziali che quello finale si trovano in un intervallo di massa che non è stato mai osservato prima, né con onde gravitazionali, né con osservazioni elettromagnetiche. Il buco nero finale è il più massiccio mai rivelato con onde gravitazionali” spiegano gli scienziati di Virgo. “Questo evento non detiene solo il record di massa tra tutti i periodi osservativi di Virgo e LIGO ma ha anche molte altre caratteristiche speciali che lo rendono una scoperta senza precedenti. Un aspetto cruciale, che ha attratto in particolare l’attenzione degli astrofisici, è che il buco nero finale appartiene alla classe dei cosiddetti buchi neri di massa intermedia (da cento a centomila volte la massa del Sole).

L’interesse verso questa popolazione di buchi neri è legato ad uno degli enigmi più affascinanti ed intriganti per astrofisici e cosmologi: l’origine dei buchi neri supermassicci. Questi mostri giganteschi, da milioni a miliardi di volte più pesanti del Sole e spesso al centro delle galassie, potrebbero essere il risultato della fusione di buchi neri di massa intermedia”.

I buchi neri sono oggetti così densi che la loro forza di gravità attrae tutto ciò che cade nelle loro fauci, compresa la luce, quindi sono invisibili. Dopo la collisione, questi due mostri si sono divorati a vicenda e hanno formato un buco nero con una massa di 142 soli. 

Il resto della massa è stato trasformato in energia che è stata lanciata in tutte le direzioni come l’onda d’urto di una bomba che ha viaggiato alla velocità della luce, piegando lo spazio e il tempo sul suo percorso. Gli interferometri laser LIGO e Virgo, in grado di rilevare vibrazioni nello spazio-tempo fino a 10.000 volte inferiori al diametro di un atomo, hanno catturato il segnale, 7.000 milioni di anni dopo.

onda gravitazionale
onda gravitazionale

Questa è probabilmente la scoperta più importante in questo campo da quando la prima onda gravitazionale è stata scoperta nel 2016 e i booster LIGO hanno vinto il Premio Nobel per la fisica solo un anno dopo. 

I buchi neri e le grandezze

Nel mondo dei buchi neri ci sono due grandi categorie. Il primo è costituito da masse stellari, che si formano quando una stella muore per poi collassare su se stesso per formare il buco nero. Questi di solito non superano alcune decine di masse solari. La seconda classe sono buchi neri supermassicci, enormi mostri con masse di centinaia di migliaia di stelle come il Sole che si nascondono al centro delle galassie, inclusa la nostra. Tra questi due tipi c’è un enorme spazio vuoto. I buchi neri sono difficilmente noti nell’intervallo intermedio tra i due tipi menzionati.

Secondo la fisica e la relatività di Einstein, una stella tra le 65 e le 120 masse solari che muore esplode come una bomba senza lasciare traccia. Ecco perché i due buchi neri intuiti dai rivelatori, di 85 e 66 masse solari, e il loro prodotto finale, non possono essere il risultato di una morte stellare: devono avere un’origine alternativa che consenta molteplici spiegazioni, dalle più conservative ad alcune che Potrebbero meritare un altro Nobel e rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo.

Scienziati collaborativi analizzano il segnale e ricostruiscono con potenti computer tutti i fenomeni che avrebbero potuto produrlo, giocando sempre secondo le regole della relatività generale di Einstein. In due studi pubblicati oggi su Physical Review Letters e Astrophysical Journal Letters , dicono che la spiegazione più probabile è che si tratti di una fusione.

 Come si sono formati due buchi neri teoricamente impossibili? “O la teoria dell’evoluzione stellare che trattiamo è incompleta e dobbiamo riscriverla, oppure i due buchi neri coinvolti non provengono da stelle morte, ma si sono formate da precedenti fusioni di buchi neri più piccoli”, spiega Font.

La seconda opzione sarebbe possibile in alcune regioni dell’universo note come ammassi globulari, enormi sfere composte da migliaia di stelle . Molti di loro muoiono e formano migliaia di buchi neri che sarebbero abbastanza vicini da incontrarsi, attrarsi, scontrarsi e fondersi.

Le incognite su questa ondata sono maggiori rispetto alle precedenti. Normalmente due buchi neri che si avvicinano gradualmente alle loro orbite fino a collidere producono onde che durano più a lungo e la cui frequenza aumenta in quello che i fisici di LIGO e Virgo chiamano un “chirp”, che termina con un picco elevato. 

Gli scienziati hanno tradotto queste onde gravitazionali in suoni in modo che possano essere ascoltate altre volte. 

Negli anni ’70, Stephen Hawking e Bernard Carr proposero l’esistenza di questi buchi neri così piccoli che la loro massa non sarebbe stata superiore a quella di una montagna; ma hanno concluso che sono già tutti evaporati. Successivamente, i fisici teorici Juan García-Bellido, dell’Università Autonoma di Madrid, e Sébastien Clesse, dell’Università di Louvain, proposero che potrebbero esserci buchi neri primordiali di dozzine di masse solari e che insieme potrebbero costituire tutta la materia oscura nell’universo, o almeno una parte di esso.

La scoperta di adesso fa risorgere questa teoria, ma si ferma all’istante, poiché i responsabili avvertono che la possibilità che si tratti di buchi primordiali è molto, molto remota. “Con questi dati non possiamo affermare che siano buchi primordiali, solo che non possiamo escludere questa possibilità”, afferma García-Bellido. “Probabilmente dovremo rianalizzare i dati con altre ipotesi precedenti e attendere che vengano rilevati altri fenomeni di questo tipo”, sottolinea.

Un’altra delle possibilità meno probabili ma sorprendenti è che l’origine di questa onda gravitazionale più potente della storia sia una corda cosmica, una specie di filo unidimensionale formato frazioni di secondo dopo il Big Bang e che, per ora, esiste solo sulla carta. frutto delle teorie di alcuni fisici. 

“È estremamente improbabile che questo evento sia stato prodotto da una stringa cosmica”, scrivono cautamente gli scienziati nel loro secondo studio per concludere che l’opzione più probabile è quella che si adatta a quanto osservato dal 2016 : una fusione di due buchi neri. 

A cura di Universo7p

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