Increspature nello spaziotempo attorno a un sistema binario di buchi neri che si fonde, così come ottenuto da una simulazione di relatività numerica. Crediti: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, Maya Collaboration
La scoperta delle onde gravitazionali avvenuta nel 2015 – già postulate da Einstein cento anni prima – ha portato al Premio Nobel per la Fisica 2017 e ha rappresentato l’alba dell’astronomia con le onde gravitazionali. Quando due buchi neri di massa stellare si fondono, emettono onde gravitazionali che possono essere “sentite” sulla Terra. Dall’osservazione di questo segnale – conosciuto come chirp, perché ha la forma di una sinusoide di ampiezza e frequenza crescente nel tempo che, se riprodotta come onda acustica, ricorda il canto di certi uccelli – gli scienziati possono dedurre la cosiddetta massa di chirp, una combinazione matematica delle due singole masse dei buchi neri.
Finora si è ipotizzato che i buchi neri che si fondono possano avere qualsiasi massa. Tuttavia, secondo i ricercatori dello Heidelberg Institute for Theoretical Studies (Hits), in Germania, i buchi neri sembrano avere masse standard che poi si traducono in “cinguettii” universali.
«L’esistenza di masse di chirp universali», spiega Fabian Schneider, che ha guidato lo studio presso lo Hits, «non solo ci dice come si formano i buchi neri: può anche essere usata per dedurre quali stelle esplodono in supernove». Oltre a ciò, fornisce approfondimenti sul meccanismo delle supernove, sulla fisica nucleare e stellare e fornisce agli scienziati un nuovo modo per misurare l’espansione cosmologica accelerata dell’universo.
I buchi neri di massa stellare con masse pari a circa 3-100 volte la massa solare rappresentano la fase evolutiva finale di stelle massicce. I progenitori dei buchi neri che portano alle fusioni nascono originariamente in sistemi stellari binari e sperimentano diversi episodi di scambio di massa tra i componenti: in particolare, entrambi i buchi neri provengono da stelle alle quali sono stati strappati via i loro involucri.
Distribuzione delle masse di chirp di tutte le fusioni binarie di buchi neri osservate oggi. Il pannello superiore mostra i dati grezzi e le distribuzioni di probabilità delle masse di chirp di ogni singolo evento mentre il pannello inferiore mostra un modello dedotto dalle osservazioni combinate. Sono indicati il divario nelle masse di chirp a 10-12 masse solari e le caratteristiche finora identificate a circa 8, 14, 27 e 45 masse solari. Crediti: Abbott et al. 2021.
Il cosiddetto “cimitero stellare” – una raccolta di tutte le masse conosciute dei resti di stelle massicce, stelle di neutroni e buchi neri – sta rapidamente crescendo grazie alla sempre maggiore sensibilità dei rivelatori di onde gravitazionali e alle continue ricerche di tali oggetti. In particolare, sembra esserci un divario nella distribuzione delle masse di chirp dei buchi neri binari che si fondono, ed emergono prove dell’esistenza di picchi a circa 8 e 14 masse solari. Queste caratteristiche corrispondono ai cinguettii universali previsti dal team dello Hits.
Fin dalla scoperta della prima fusione di buchi neri, è diventato evidente che esistono buchi neri con masse molto più grandi di quelle trovate nella Via Lattea. Il gruppo di ricercatori potrebbe ora dimostrare che, indipendentemente dalla composizione chimica, le stelle che si spogliano dell’involucro in binarie strette formano buchi neri con masse inferiori a 9 masse solari e superiori a 16 masse solari, ma quasi nessuno nel mezzo.
Nella fusione di buchi neri, masse universali di circa 9 e 16 masse solari implicano masse di chirp universali, cioè suoni universali. Effettivamente, Schneider afferma che sono stati trovati i primi accenni di un’assenza di masse chirp e una sovrabbondanza esattamente in corrispondenza delle masse universali previste dai loro modelli. Ma gli stessi autori sono cauti: «Poiché il numero di fusioni di buchi neri osservate è ancora piuttosto basso, non è ancora chiaro se questa indicazione nei dati sia solo un colpo di fortuna statistico o meno», conclude Schneider.
Qualunque sia l’esito delle future osservazioni sulle onde gravitazionali, i risultati saranno entusiasmanti e aiuteranno gli scienziati a capire da dove provengono i buchi neri che cantano in questo oceano di voci.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Bimodal Black Hole Mass Distribution and Chirp Masses of Binary Black Hole Mergers” di Fabian R. N. Schneider, Philipp Podsiadlowski e Laplace