Prima di procedere
La collaborazione internazionale LIGO-Virgo-KAGRA, che include l'Osservatorio Gravitazionale Europeo, ha annunciato la scoperta di due eventi di onde gravitazionali senza precedenti, registrati nei mesi di ottobre e novembre 2024. Questi eventi, denominati GW241011 e GW241110, rappresentano le prime conferme solide di fusioni di buchi neri di seconda generazione, accompagnate dalle prime anomalie osservate nella rotazione di questi oggetti celesti.
Le nuove scoperte aggiungono fenomeni mai osservati prima al processo di comprensione dell'evoluzione dei buchi neri e dei processi fondamentali nell'universo. Le onde gravitazionali, previste da Einstein nel 1916 e rilevate per la prima volta dagli osservatori LIGO (USA) e Virgo (UE) nel 2015, sono increspature dello spazio-tempo generate durante eventi cosmici estremamente energetici, come le fusioni di buchi neri.
La mera rilevazione di onde gravitazionali fornisce informazioni limitate sui processi in atto. I dettagli sulle loro sorgenti emergono da analisi e modellazioni estremamente complesse di tutte le caratteristiche del segnale. In particolare, l'analisi dei dati permette di determinare le masse dei buchi neri che si sono scontrati, la velocità e la direzione della loro rotazione, la distanza dell'evento e di dedurre una serie di altri parametri. La precisione del riconoscimento del segnale aumenta con l'accumulo di nuovi dati. Gli scienziati affermano di essere pronti a superare i confini della fisica conosciuta se i nuovi dati dovessero rivelare qualcosa di insolito, grazie alle capacità dei moderni rivelatori. Attualmente è in corso il quarto ciclo di osservazioni, iniziato a maggio 2023, caratterizzato dalla partecipazione dell'osservatorio giapponese di onde gravitazionali KAGRA. Gli scienziati di LIGO, Virgo e KAGRA stanno collaborando per analizzare i dati raccolti, con l'obiettivo di comprendere meglio la natura dei buchi neri e l'evoluzione dell'universo.
Durante il quarto ciclo di osservazioni, che si concluderà il mese prossimo, sono stati registrati circa 300 eventi gravitazionali. Tra questi, i due eventi menzionati, GW241011 e GW241110, sono risultati particolarmente interessanti. Il primo evento, GW241011, registrato l'11 ottobre 2024, si è verificato a una distanza di 700 milioni di anni luce ed è stato causato dalla fusione di buchi neri con masse di 17 e 7 volte quella del Sole. Il buco nero più massiccio ha mostrato una delle velocità di rotazione più elevate mai osservate, vicina al limite teorico previsto dal matematico Roy Kerr. I dati osservativi hanno quindi confermato ancora una volta le proprietà di questi oggetti previste da Einstein.
Il secondo evento, GW241110, rilevato il 10 novembre 2024, proviene da una distanza di 2,4 miliardi di anni luce ed è associato alla fusione di buchi neri con masse di 16 e 8 volte quella del Sole. La particolarità di questo evento è che uno dei buchi neri ruotava in direzione opposta al movimento orbitale, la prima osservazione di questo tipo. Anche in questo caso, tutta la matematica dell'evento registrato rientra perfettamente nelle previsioni di Einstein. Ricercatori di tutto il mondo stanno analizzando i dati di GW241110 per comprendere meglio le implicazioni di questa scoperta.
Entrambi gli eventi indicano la formazione di buchi neri di "seconda generazione", formatisi attraverso fusioni gerarchiche in ambienti densi come gli ammassi stellari. Almeno un buco nero di ogni coppia è nato direttamente da una stella morente, e le fusioni registrate sono state per loro la fase successiva nell'accumulo di massa. Le rotazioni in direzioni opposte dei buchi neri in fusione forniscono un'ulteriore prova che si sono formati in ambienti diversi e a notevole distanza l'uno dall'altro. L'oggetto con direzione di rotazione opposta, in particolare, si è formato ed evoluto in un ambiente dinamico, dimostrando che l'evoluzione dei buchi neri è un sistema vivo e non chiuso. Le simulazioni al computer supportano questa ipotesi, mostrando come le interazioni gravitazionali in ambienti densi possano portare alla formazione di buchi neri con rotazioni disallineate.
Infine, la prolungata stabilità delle velocità di rotazione di una coppia di buchi neri distante permette di trarre importanti conclusioni per la fisica fondamentale. In precedenza, si ipotizzava l'esistenza di bosoni ultraleggeri ipotetici. L'evento GW241110 mette in dubbio la loro esistenza. In caso contrario, le velocità di rotazione dei buchi neri prima della fusione di GW241110 avrebbero subito notevoli cambiamenti nel corso di miliardi di anni, poiché i bosoni nati attorno al buco nero avrebbero portato via parte della sua energia e rallentato la rotazione. Tuttavia, questo non è accaduto. Il modello standard è rimasto ancora una volta inattaccabile. Ulteriori ricerche sono necessarie per confermare questi risultati e per esplorare ulteriormente le implicazioni per la nostra comprensione dell'universo.
