Onde gravitazionali svelano la nascita di buchi neri mai visti prima: nati da fusione a miliardi di anni luce dalla Terra

Mercoledì 2 Settembre 2020 di Enzo Vitale
La visione artistica della fusione di due buchi neri

Un lampo, un segnale, un cinguettìo o qualcosa che è durato molto poco, circa 0,1 secondi.
E in questa frazione di tempo Virgo e Ligo, gli interferometri piazzati sul nostro pianeta che da anni scandagliano il cielo alla ricerca di onde gravitazionali, sono riusciti a decifrare che quel segnale nell'angolo più remoto dell'Universo, altro non era che la fusione di due buchi neri: uno di 66 e l'altro di 85 masse solari. I due "mostri", fondendosi tra loro, ne hanno generato uno ancora più "mostro" di circa 142 masse solari.

LEGGI ANCHE:  Nel team anche ricercatori del Gran Sasso Science Institute, Marica Branchesi: «L’Universo ci sorprende ancora con le onde gravitazionali»

E vogliamo parlare della lontananza? La scoperta è interessante da questo punto di vista in quanto la distanza di luminosità della sorgente che ha prodotto GW190521 (è il nome assegnato all'onda gravitazionale GW sta per Gravitanional Waves, mentre i numeri rappresentano il giorno della scoperta, ovvero il 21 maggio 2019) si trova a 17 miliardi di anni luce dal nostro pianeta. 

«Sappiamo che  il nostro Universo ha un'età stimata di 13,8 miliardi di anni luce -commenta Helios Vocca, fisico dell'ateneo di Perugia e tra gli "inventori" dei sistemi di sospensione degli specchi di Virgo, l'interferometro di base a Cascina in provincia di Pisa-, e questo evento si colloca, anzi, è stato emesso, intorno ai 7 miliardi di anni luce fa, quando il cosmo aveva la metà degli anni che ha adesso. Dagli ultimi studi sappiamo che il diametro attuale dell'Universo è intorno ai 46 miliardi di anni luce. Nel frattempo quest'ultimo si è espanso e la distanza della sorgente (il buco nero rilevato, ndr) deriva proprio da questa espansione che non contrasta la teoria del Big bang».


(Helios Vocca, a destra, accanto a Takaaki Kajita, Premio Nobel per la Fisica nel 2015)
.

LEGGI ANCHE  Onde gravitazionali, terza conferma dallo scontro di due buchi neri: Albert avevi ragione tu!


(Il gruppo internazionale di ricercatori posa davanti al plesso di VIrgo a Cascina in provincia di Pisa)

E proprio in tema di distanza Giovanni Losurdo,  il fisico dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn)  alla guida della collaborazione internazionale Virgo, annuncia un'importante iniziativa: «Stiamo lavorando al potenziamento dei nostri rilevatori  per migliorare le loro prestazioni e guardare sempre di più nello spazio profondo -spiega-. Le osservazioni di Virgo e LIGO stanno facendo luce sull’universo oscuro e stanno definendo un nuovo paesaggio cosmico e ancora una volta siamo felici di annunciare questa scoperta che non ha precedenti».

(Giovanni Losurdo guida la collaborazione internazionale Virgo)

IL BUCO NERO GENERATO DALLA FUSIONE
«Il buco nero finale -spiegano i ricercatori nel comunicato- si trova in un intervallo di massa in cui nessun buco nero è mai stato osservato prima, né con le onde gravitazionali, né con radiazione elettromagnetica, e può quindi fornire informazioni utili a spiegare la formazione dei buchi neri supermassicci. Inoltre, il più massiccio tra i due buchi neri che abbiamo visto fondersi sfida la nostra comprensione dei meccanismi di formazione dei buchi neri: sulla base dei modelli attuali, un buco nero di 85 masse solari non può formarsi dal collasso di una stella massiccia».
«Il segnale che abbiamo osservato è molto complesso – ribatte Viviana Fafone, dell’Università e della Sezione INFN di Roma Tor Vergata e responsabile nazionale della Collaborazione Virgo – e, poiché il sistema rivelato è molto massiccio, il breve periodo di osservazione ha rivelato una grande quantità di informazioni sulle diverse fasi di questa fusione: le masse da record dei buchi neri coinvolti sono quindi solo una delle tante caratteristiche interessanti che rendono questa rivelazione  senza precedenti».

(Viviana Fafone Infn e Università Tor Vergata)

E ORA COSA SUCCEDE ?
Succede che i ricercatori si concentreranno ancora di più nella ricerca di questi "mostri" del cielo che hanno dato vita alla cosiddetta multimessenger astronomy, ovvero astronomia multimessaggera, nata il 16 ottobre 2017 dopo la prima osservazione ufficiale di un’onda gravitazionale generata dalla fusione di due stelle di neutroni. Si tratta di una nuova via di studio del cosmo che si avvale in combinazione di onde gravitazionali, di fotoni (onde elettromagnetiche) e di neutrini. 

LEGGI ANCHE  Le onde gravitazionali esistono, dopo 100 anni confermata la teoria di Einstein

UN'OSSERVAZIONE SPECIALE
Sì, un'osservazione davvero speciale quella riferita a  GW190521 in quanto è la prima che riguarda un buco nero di massa intermedia nell’intervallo da 100 a 1.000 masse solari, «un intervallo di massa che ha rappresentato per molti anni una sorta di “deserto dei buchi neri”». insomma per i ricercatori è un "mostro" di medie dimensioni perchè non era mai stato osservato prima e, la cui scoperta, potrebbe aprire le porte alle origini dei fratelli maggiori, ovvero i buchi neri supermassicci, quei giganti che sono milioni di volte più pesanti del Sole e che spesso si trovano al centro delle galassie (vedi Sagittarius A*, il buco nero al centro della nostra galassia, la Via Lattea).

LEGGI ANCHE Buco nero, ecco la prima foto reale: dista 55 milioni di anni luce. «È l'immagine del secolo»

NUOVO FRONTE DI STUDIO SULLA FINE DELLE STELLE E DELLE SUPERNOVAE
Sono tante le cose che non quadrano. Innanzitutto la massa di uno dei due bichi neri che si è fuso, quello più grande, secondo i ricercatori «sfida i modelli astrofisici che descrivono il collasso in buchi neri delle stelle più pesanti alla fine della loro vita in quanto, secondo le attuali conoscenze, non ci si aspetta di osservare alcun buco nero nell’intervallo di massa tra circa 60 e 120 masse solari» e quindi questa rilevazione apre nuove prospettive sullo studio delle stelle massicce e dei meccanismi delle supernovae.

UN ANNO PER ELABORARE I DATI
Anche se subito si è capito che si trattava di una osservazione speciale, i ricercatori hanno voluto approfondire minuziosamente il segnale. «Da maggio dell'anno scorso ad adesso è stato il tempo necessario per approfondire tutti gli aspetti -ha commentato ancora Vocca-, abbiamo studiato quel segnale di un decimo di secondo perchè ci è subito apparso interessante rispetto agli altri. Comunque possiamo dirci soddisfatti in quanto si aprono sempre nuovi fronti e le rivelazioni aumentano sempre di più, ne ho perso il conto ma fino ad ora abbiamo osservato una trentina di fenomeni».


(Nella descrizione il buco nero che si formato dalla fusione di due oggetti simili)

COSA CI PROSPETTA IL FUTURO
Attualmente i tre interferometri che fanno parte del sistema Ligo (due impianti in Usa) e Virgo (il sistema che si trova a Cascina) sono in upgrade, si stanno  ampliando dal punto di vista della sensibilità e a breve, alla cosiddetta fase O3 (Osservazione 4), la cui partenza è prevista per l'inizio del 2022, dovrebbe partecipare anche il nuovo interferometro giapponese Kagra. Ma le prospettive sembrano ancora più luminescenti perchè è in fase di studio l'interferometro più sensibile e sofisticato del pianeta, l'Einstein Telescope. L'Itaia è in prima linea visto che ha proposto la sua realizzazione delle miniere di Sos Enattos a Lula, un comune in provincia di Nuoro in Sardegna.

enzo.vitale@ilmessaggero.it

Ultimo aggiornamento: 17:29 © RIPRODUZIONE RISERVATA