Dalle onde gravitazionali nuovi indizi sulla forma di un buco nero

Secondo una recente ricerca dell’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery, meglio conosciuto come OzGrav, sembrerebbe che quando due buchi neri si scontrano e si fondono, cinguetterebbero emettendo onde gravitazionali, ovvero quelle intense increspature nel tessuto dello spazio-tempo, che rivelano molte informazioni sulla forma del buco nero appena nato dalla fusione dei due buchi neri collisi.

La catastrofica collisione tra due buchi nerib

La collisione tra buchi neri è un evento catastrofico che ci permette di avere informazioni su questi affascinanti oggetti di difficile osservazione proprio per la loro silenziosità. Per questo si sfruttano questi eventi catastrofici in cui un buco nero altamente deformato si forma e rilascia enormi quantità di energia mentre si evolve verso il suo stato finale. Si possono così osservare i buchi neri in rapida evoluzione ed esplorare la gravità nella sua forma più estrema.

La collisione di due buchi neri e la conseguente nascita di un nuovo buco nero, è un evento che non emette luce, ma una gran quantità di onde gravitazionali, e sono proprio queste ultime ad essere rilevate e studiate dagli astrofisici. Decodificare queste onde gravitazionali potrebbe fornire ai ricercatori preziose informazioni per comprendere la gravità e il comportamento dei buchi neri.

I ricercatori, guidati dall’allievo di OzGrav, il Prof. Juan Calderón Bustillo, riportano in questo studio il modo in cui le onde gravitazionali codificano la forma dei buchi neri che si fondono nel nuovo buco nero nato dalla collisione.

Come ha spiegato il coautore dello studio, Christopher Evans del Georgia Institute of Technology, “abbiamo eseguito simulazioni di collisioni di buchi neri utilizzando supercomputer e abbiamo poi confrontato la forma in rapida evoluzione del buco nero così originatosi, con le onde gravitazionali emesse. Abbiamo quindi scoperto che questi segnali sono molto più ricchi e complessi di quanto si si sia finora pensato, permettendoci di acquisire maggiori informazioni sulla forma estremamente mutevole del buco nero finale”.

La relazione tra le onde gravitazionali e la forma del buco nero nato dalla collisione

Quando i due buchi neri si avvicinano, emettono un segnale di frequenza e ampiezza crescente che indica la velocità ed il raggio dell’orbita. Il Prof. Calderón Bustillo afferma che “il tono e l’ampiezza del segnale aumentano man mano che i due buchi neri si avvicinano sempre più velocemente. Dopo la collisione, il buco nero finale emette un segnale con un tono costante e un’ampiezza decadente. Questo principio è coerente con tutte le osservazioni di onde gravitazionali finora osservate nelle collisioni di buchi neri osservate dall’alto. 

Ma se la collisione viene osservata guardandola dal suo equatore, i ricercatori hanno scoperto che il buco nero finale emette un segnale più complesso, con un tono che sale e scende un paio di volte prima di morire. In altre parole, il buco nero in realtà cinguetta più volte“, come ha spiegato il prof. Calderón Bustillo.

Questo cinguettio multiplo delle onde gravitazionali emesse del buco nero, sembrerebbe essere correlato alla forma finale del buco nero originatosi dalla fusione. “Quando i due buchi neri originari sono di dimensioni diverse, il buco nero finale inizialmente avrà una forma simile ad una castagna, con una cuspide da un lato e dall’altro una parte più larga e liscia. Il buco nero emette onde gravitazionali più intense dalle sue regioni più curve, che circondano la sua cuspide.”

L’importanza di questo studio è stata spiegata da uno dei coautori della ricerca, il Prof. Pablo Laguna, ex presidente della School of Physics della Georgia Tech e attualmente professore presso l’Università del Texas ad Austin, il quale ha dichiarato che “mentre una relazione tra le onde gravitazionali ed il comportamento del buco nero finale è stata a lungo ipotizzata, questo studio fornisce il primo esempio esplicito di questo tipo di relazione”.

Immagini: OzGrav.org