L’esempio più estremo mai rilevato di “buco nero oscillante”.

I ricercatori dell’Università di Cardiff hanno identificato un peculiare movimento di torsione nelle orbite di due buchi neri in collisione, un fenomeno esotico previsto dalla teoria della gravità di Einstein.

Il loro studio, pubblicato in Natura e guidato dal Professor Mark Hannam, il Dr. Charlie Hoy e il dott. Jonathan Thompson riferisce 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. E 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 binario oscillava avanti e indietro.

Questa forma di precessione è specifica della teoria della relatività generale di Einstein. Questi risultati confermano la sua esistenza nell’evento fisico più estremo che possiamo osservare, la collisione di due buchi neri.

“Abbiamo sempre pensato che i buchi neri binari potessero fare questo”, ha affermato il professor Mark Hannam del Gravity Exploration Institute dell’Università di Cardiff. “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!”

Un esempio più concreto di precessione è l’oscillazione di una trottola, che può oscillare – o precessare – una volta ogni pochi secondi. Al contrario, la precessione nella relatività generale è solitamente un effetto così debole da essere impercettibile. Nell’esempio più veloce precedentemente misurato da stelle di neutroni in orbita chiamate pulsar binarie, ci sono voluti oltre 75 anni prima che l’orbita precesse. Il binario del buco nero in questo studio, colloquialmente noto come GW200129 (dal nome della data in cui è stato osservato, 29 gennaio 2020), precesse diverse volte al secondo, un effetto 10 miliardi di volte più forte di quanto misurato in precedenza.

Dott. Jonathan Thompson, anche lui dell’Università di Cardiff, ha spiegato: “È un effetto molto difficile da identificare. Le onde gravitazionali sono estremamente deboli e per rilevarle è necessario l’apparato di misura più sensibile della storia. La precessione è un effetto ancora più debole sepolto all’interno del segnale già debole , quindi abbiamo dovuto fare un’analisi attenta per scoprirlo”.

Le onde gravitazionali sono state previste da Einstein nel 1916. Sono state rilevate per la prima volta direttamente dalla fusione di due buchi neri da parte degli strumenti Advanced LIGO nel 2015, una scoperta rivoluzionaria che ha portato al Premio Nobel 2017. 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. Ad oggi ci sono stati oltre 80 rilevamenti, tutti di buchi neri o stelle di neutroni che si uniscono.

“Finora la maggior parte dei buchi neri che abbiamo trovato con le onde gravitazionali hanno ruotato abbastanza lentamente”, ha detto il dott. Charlie Hoy, ricercatore presso l’Università di Cardiff durante questo studio, e ora presso l’Università di Portsmouth. “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 O 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 e diranno agli scienziati se GW200129 è stata una rara eccezione o un segno che il nostro universo è ancora più strano di quanto pensassero.