Scontri tra buchi neri: scoperta la velocità di espansione del cosmo

Un buco nero è solitamente il luogo nell’Universo in cui le informazioni vanno a scomparire. Gli scienziati potrebbero però aver trovato un interessante escamotage che ci permetterà di raccontare la storia dell’universo. In un nuovo studio (rif.), due astrofisici dell’Università di Chicago, hanno presentato un metodo su come utilizzare coppie di buchi neri in collisione per misurare la velocità di espansione dell’Universo.

Praticamente da questa informazione capiremo come si è evoluto, di cosa è fatto e dove sta andando. In particolare, gli scienziati pensano che la nuova tecnica, che chiamano “sirena spettrale”, potrebbe essere in grado di raccontarci gli anni sfuggenti e turbolenti dell’adolescenza del cosmo.

Un sovrano cosmico

Uno dei importante più importanti dibattiti scientifici in corso, riguarda l’esatta velocità con cui l’universo si sta espandendo. Il numero chiamato costante di Hubble è calcolato con diversi metodi disponibili al momento. Ma il calcolo, a seconda della metodica, produce ogni volta risposte leggermente diverse. Controllare l’accuratezza di questo numero è particolarmente importante poiché influisce sulla nostra comprensione di questioni fondamentali come l’età, la storia e la composizione dell’universo. Il nuovo studio offre un modo innovativo per effettuare questo calcolo, utilizzando speciali rivelatori che captano gli echi cosmici delle collisioni tra buchi neri.

Lo scontro tra buchi neri è un evento così potente, da creare letteralmente un’increspatura nello spazio-tempo. Qui sulla Terra, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e l’osservatorio italiano Virgo possono captare quelle increspature, che sono chiamate onde gravitazionali. Negli ultimi anni, LIGO e Virgo hanno raccolto le letture di quasi 100 coppie di buchi neri in collisione. Il segnale, però ha viaggiato attraverso lo spazio e durante quel periodo l’Universo si è espanso, il che cambia le proprietà del segnale. “Se prendessi un buco nero e lo mettessi prima nella timeline dell’universo, il segnale cambierebbe e sembrerebbe un buco nero più grande di quello che è in realtà”, ha spiegato l’astrofisico Daniel Holz, uno dei due autori dello studio.

Scovare un modo per misurare la variazione di segnale, ci permetterebbe di calcolare la velocità di espansione del cosmo. Il problema principale è la calibrazione: come faremo a sapere a quanto ammonta la variazione rispetto al segnale originale? Nel nuovo lavoro, Holz e il primo autore Jose María Ezquiaga suggeriscono di poter utilizzare una loro intuizione sull’intera popolazione di buchi neri, come strumento di calibrazione. Ad esempio, le prove attuali suggeriscono che la maggior parte dei buchi neri rilevati ha tra le cinque e le 40 volte la massa del nostro sole.

Il calcolo della velocità di espansione

“Misuriamo le masse dei buchi neri vicini e comprendiamo le loro caratteristiche, quindi guardiamo più lontano e vediamo quanto sembrano essersi spostati quelli più lontani. E questo ti dà la misura dell’espansione dell’universo”, ha affermato Ezquiaga. Gli autori chiamano il metodo della “sirena spettrale”, un nuovo approccio ben distinto dal metodo della “sirena standard” di cui Holz e collaboratori sono pionieri. I ricercatori sono entusiasti perché in futuro, con l’espansione delle capacità di LIGO, il metodo potrebbe fornire una finestra unica sui primi anni del Cosmo, circa 10 miliardi di anni fa, difficilmente studiabili con altri approcci. Inoltre il periodo intermedio della timeline dell’Universo è più difficile da analizzare ed è un’area di particolare interesse scientifico.

“È in quel periodo che siamo passati dalla materia oscura come forza predominante nell’universo all’energia oscura che prende il sopravvento, e siamo molto interessati a studiare questa transizione critica”, ha ribadito Ezquiaga. L’altro vantaggio di questo metodo, affermano gli autori, la minore influenza delle nostre incertezze determinate dalle lacune nelle conoscenze scientifiche. “Utilizzando l’intera popolazione di buchi neri, il metodo può autocalibrarsi, identificando e correggendo direttamente gli errori”, ha affermato Holz. Gli altri metodi utilizzati per calcolare la costante di Hubble si basano sulla attuale comprensione della fisica delle stelle e delle galassie. Ciò significa che le misurazioni potrebbero essere leggermente sfasate se c’è qualcosa che non conosciamo a fondo.

Al contrario, il nuovo metodo si basa quasi esclusivamente sulla teoria della gravità di Einstein, che è ben studiata e si è opposta a tutti i modi in cui gli scienziati hanno cercato di metterla alla prova fino ad oggi. Più letture hanno da tutti i buchi neri, più accurata sarà questa calibrazione. “Abbiamo bisogno preferibilmente di migliaia di questi segnali, che dovremmo avere in pochi anni, e anche di più nei prossimi dieci o due anni”, ha affermato Holz. “A quel punto sarebbe un metodo incredibilmente potente per conoscere l’universo”.

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