LO STUDIO SU PHYSICAL REVIEW LETTERS

È possibile “ascoltare” la forma d’un buco nero?

Grazie all'aumento di sensitività che gli interferometri gravitazionali raggiungeranno nei prossimi anni, eventi come GW150914, l’onda gravitazionale rilevata da LIGO nel settembre scorso, permetteranno finalmente di fare luce sulla vera natura dei buchi neri

Crediti: LIGO, NSF, Aurore Simonnet

Crediti: LIGO, NSF, Aurore Simonnet

Un direttore d’orchestra è capace di distinguere facilmente due diversi strumenti tramite il suono che producono. È possibile per gli astronomi fare lo stesso e distinguere un buco nero da un altro oggetto compatto semplicemente dalla misura delle loro onde gravitazionali? In un articolo pubblicato oggi su Physical Review Letters, un team di scienziati dell’Instituto Superior Técnico di Lisbona, dell’Università di Cagliari, della Sapienza e dell’INFN di Roma mostra che questo confronto potrebbe non essere possibile.

Lo scorso febbraio, la collaborazione LIGO/Virgo ha annunciato la prima rivelazione diretta delle onde gravitazionali. Questa scoperta storica è stata inoltre accolta come la prima prova inconfutabile dell’esistenza dei buchi neri, gli oggetti più estremi del nostro Universo. Il segnale rivelato (soprannominato GW150914) corrisponde a due oggetti massivi che spiraleggiano e collidono, producendo uno “tsunami spaziotemporale”. I dati di LIGO mostrano chiaramente che i due oggetti sono estremamente compatti e sono inoltre troppo massivi per essere stelle di neutroni. Ma ciò che rende GW150914 un evento davvero unico è il fatto che il segnale gravitazionale termina con una fase di “ringdown“, nella quale l’oggetto prodotto dalla collisione vibra in maniera analoga ad un tamburo. Così come le note di un tamburo dipendono dalle proprietà di quest’ultimo (forma, dimensione, materiale…), le frequenze del ringdown dovrebbero contenere informazioni circa la natura stessa dell’oggetto prodotto dalla collisione.

Tuttavia, lo studio appena pubblicato su Physical Review Letters mostra che le vibrazioni di oggetti stellari molto compatti sono praticamente identiche a quelle dei buchi neri. In particolare, i tre autori hanno studiato se sia possibile distinguere i buchi neri dai cosidetti “wormholes“, ossia dei tunnel spaziotemporali che connettono due regioni distanti dell’universo. Questo studio ha dimostrato che, se un oggetto è sufficientemente compatto, le sue vibrazioni sono inizialmente indistinguibili da quelle di un buco nero. L’eventuale presenza di un orizzonte degli eventi appare solamente in seguito, nella parte finale del segnale. Dal momento che il tempo si dilata a causa dell’enorme campo gravitazionale di un oggetto compatto, l’interferometro LIGO potrebbe non essere stato in grado di rivelare questa piccola differenza. L’analisi mostra che, proprio come un direttore di orchestra dovrebbe avere un orecchio perfetto per distinguere due strumenti che suonano quasi la stessa nota, anche i rivelatori di onde gravitazionali, per riuscire a distinguere un buco nero da un altro oggetto compatto, devono essere estremamente accurati nella ricostruzione della parte finale del ringdown.

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