La precessione tra buchi neri

Osservato per la prima volta il fenomeno di precessione tra due buchi neri, che conferma la relatività generale di Einstein
Illustrazione artistica di due buchi neri in orbita l’uno intorno all’altro

I ricercatori dell’Università di Cardiff hanno identificato il caratteristico movimento di torsione nelle orbite, di due buchi neri in collisione. Il fenomeno esotico era stato previsto dalla legge della gravitazione universale rivista da Einstein. Nello studio, pubblicato su Nature (rif.) guidato dal professor Mark Hannam, Charlie Hoy e dal dottor Jonathan Thompson, si riporta che questa è la prima volta che questo effetto, noto come precessione, è stato osservato nei buchi neri, dove la torsione è 10 miliardi di volte più veloce rispetto alle osservazioni precedenti.

Il sistema binario di buchi neri è stato trovato attraverso le onde gravitazionali all’inizio del 2020 nei rivelatori Advanced LIGO e Virgo. Uno dei buchi neri, 40 volte più grande del nostro Sole, è probabilmente il buco nero che ruota più velocemente mai trovato attraverso le onde gravitazionali. A differenza di tutte le osservazioni precedenti, il buco nero in rapida rotazione, ha distorto lo spazio e il tempo così tanto che l’intera orbita del sistema binario oscilla avanti e indietro. Questa forma di precessione è specifica della teoria della relatività generale di Einstein ed i risultati ne confermano la veridicità, dimostrati attraverso l’evento fisico più estremo che possiamo osservare, la collisione di due buchi neri.

La precessione da ragione ad Einstein

“Abbiamo sempre pensato che i buchi neri binari potessero fare questo”, ha affermato il professor Mark Hannam del Gravity Exploration Institute . “Speriamo di individuare un esempio sin dai primi rilevamenti delle onde gravitazionali. Abbiamo dovuto aspettare cinque anni e oltre 80 rilevamenti separati, ma alla fine ne abbiamo uno!”. L’esempio più calzante di precessione è l’oscillazione di una trottola mentre ruota. Al contrario, la precessione nella relatività generale è solitamente un effetto così debole da essere impercettibile. 

Nell’esempio più veloce precedentemente misurato, una pulsar binaria, ci sono voluti oltre 75 anni prima che l’orbita effettuasse una precessione. Il sistema binario di buchi neri in questo studio, noto come GW200129, effettua precessioni diverse volte al secondo. Il dottor Jonathan Thompson, ha spiegato “È un effetto molto difficile da identificare. Le onde gravitazionali sono estremamente deboli e per rilevarle è necessario l’apparato di misurazione più sensibile della storia. La precessione è un effetto ancora più debole sepolto all’interno del già segnale debole, quindi abbiamo dovuto fare un’analisi attenta per scoprirlo”.

Le onde gravitazionali sono state previste da Einstein nel 1916. Rilevate la prima volta direttamente dalla fusione di due buchi neri, grazie a strumenti come Advanced LIGO nel 2015. La scoperta rivoluzionaria portò nel 2017 il Premio Nobel per la fisica a Thorne, Weiss e Barisch. L’astronomia delle onde gravitazionali è ora uno dei campi più vivaci della scienza, con una rete di rivelatori Advanced LIGO, Virgo e KAGRA operanti negli Stati Uniti, in Europa e in Giappone. 

Nuovi modelli di calcolo

“Finora la maggior parte dei buchi neri che abbiamo trovato con le onde gravitazionali hanno ruotato abbastanza lentamente”, ha detto il dottor Charlie Hoy. “Il buco nero più grande in questo binario, che era circa 40 volte più massiccio del Sole, stava ruotando quasi il più velocemente possibile fisicamente. I nostri attuali modelli di come si formano i binari suggeriscono che questo fosse estremamente raro, forse un evento su mille. Potrebbe essere un segno che i nostri modelli devono cambiare”.

La rete internazionale di rivelatori di onde gravitazionali è attualmente in fase di aggiornamento e inizierà la sua prossima ricerca nell’universo nel 2023. È probabile che trovino centinaia di altri buchi neri in collisione confermando agli scienziati se GW200129 è stata una rara eccezione o un segno che il nostro universo è ancora più strano di quanto pensassero.

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