I rilevatori misurano le onde gravitazionali di una catastrofe cosmica, ma sta accadendo di nuovo

I rilevatori di onde gravitazionali misurano segnali che indicano due catastrofi globali: i buchi neri hanno divorato le stelle di neutroni.

Francoforte/Hannover – Se grandi masse nell’universo accelerano, sorgono onde gravitazionali, un fenomeno previsto da Albert Einstein più di 100 anni fa, ma confermato solo nel 2016 quando furono misurate le prime onde gravitazionali. Nel frattempo, le onde gravitazionali sono state misurate più volte dagli speciali rilevatori LIGO e Virgo, ma ora una pubblicazione scientifica mostra una precedente misurazione unica: in pochi giorni, le onde gravitazionali di due catastrofi cosmiche hanno raggiunto i rilevatori sulla Terra.

I rivelatori LIGO e Virgo hanno rilevato onde gravitazionali già a gennaio 2020; Lo studio su questo non è stato pubblicato fino alla fine di giugno 2021 im Fachjournal “Le lettere del diario di astrofisica”. I ricercatori, alcuni dei quali lavorano al Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) di Potsdam e Hannover e alla Leibniz University di Hannover, non hanno dubbi: nel gennaio 2020, dal loro punto di vista, era chiaro che erano buchi neri che divoravano stelle di neutroni.

Evento di onde gravitazionali GW200105: un buco nero inghiotte una stella di neutroni

La prima onda gravitazionale misurata il 5 gennaio 2020 è stata denominata GW200105. Secondo gli scienziati, il segnale proviene da un buco nero nove volte la massa del nostro Sole. Questo buco nero si è fuso con un corpo compatto distante 1,9 volte la massa del Sole a circa 900 milioni di anni luce. Gli esperti presumono che l’oggetto più leggero sia una stella di neutroni.

Harald Pfeiffer di AEI Potsdam afferma in una lettera dell’istituto che “il segnale supera tutti i nostri rigorosi controlli di qualità”. Tuttavia, poiché il segnale è stato osservato solo utilizzando uno dei tre rilevatori disponibili, l’origine delle onde gravitazionali può essere ridotta solo a circa il 17% dell’intero cielo.

Evento di onde gravitazionali GW200115: il buco nero si fonde con la stella di neutroni

Appena dieci giorni dopo il primo segnale, i rilevatori di onde gravitazionali hanno ricevuto un altro segnale da una gigantesca fusione. Nel caso dell’evento GW200115, c’era un buco nero con sei masse solari e una stella di neutroni con una massa di 1,5 masse solari, e la fusione è avvenuta a circa un miliardo di anni luce dalla Terra. Poiché tutti e tre i rilevatori (i due rilevatori LIGO e il rilevatore Virgo) in questo caso hanno osservato il segnale, la scienza può restringere l’origine delle onde gravitazionali in modo più preciso, ma è ancora possibile che ci sia una grande distesa di cielo.

Onde gravitazionali: i buchi neri divorano completamente le stelle di neutroni

A parte le onde gravitazionali misurate, non sono stati rilevati altri segnali di eventi e le successive osservazioni di diversi osservatori non hanno trovato indicazioni nello spettro elettromagnetico. Ma questa non è stata una sorpresa per gli esperti di Hannover: “L’osservazione del segnale elettromagnetico dalla fusione è stata affascinante, ma non ce lo aspettavamo necessariamente”, afferma Frank Ohme dell’AEI. A causa delle grandi distanze e delle posizioni imprecise, la luce sarà molto debole e molto difficile da rilevare, spiega Ohm. “Deduciamo anche dai dati che i buchi neri coinvolti in queste fusioni hanno semplicemente inghiottito le loro stelle partner di neutroni in un unico pezzo, in modo che non sia stata emessa luce da loro”.

Ma come fanno gli scienziati a sapere che le stelle di neutroni sono state inghiottite dai buchi neri? “Le onde gravitazionali da sole non ci dicono della struttura dell’oggetto più leggero, ma possiamo dedurre la sua massa massima. Combinando queste informazioni con le previsioni teoriche sulle masse attese dalle stelle di neutroni in un tale sistema binario, siamo giunti alla conclusione che una stella di neutroni è la spiegazione più probabile, come spiega Bhooshan Gadre dell’AEI in un comunicato stampa dell’istituto.

I buchi neri che si fondono con le stelle di neutroni causano un’onda gravitazionale

I ricercatori sono sicuri di aver osservato per la prima volta le onde gravitazionali dalla fusione di buchi neri con stelle di neutroni. Presumono che tali eventi non siano rari: a una distanza fino a un miliardo di anni luce, si aspettano una tale fusione al mese, ma non tutti questi eventi possono essere rilevati con i rilevatori di oggi.

Il modo esatto in cui i sistemi binari sono emersi da un buco nero e una stella di neutroni non è stato spiegato con precisione. Gli astronomi considerano una possibile spiegazione il fatto che le stelle binarie possano evolversi in tali sistemi. Ma anche gruppi di giovani stelle o vicino ai centri delle galassie potrebbero essere i luoghi di nascita di tali sistemi doppi.

I rilevatori di onde gravitazionali dovrebbero iniziare la loro quarta operazione nell’estate del 2022. “Saranno quindi più sensibili, quindi potremo osservare le onde gravitazionali ogni giorno”, afferma felicemente Karsten Dansmann di AEI. “Tra qualche anno vedremo più buchi neri fondersi con stelle di neutroni. Da questo impareremo di più sulla materia in condizioni estreme, sulla vita delle stelle e sulle proprietà di questi eventi rari.” (scheda)

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