Quando due buchi neri si fondono, il nuovo buco nero che si origina emette due sequenze di onde gravitazionali o “cinguettii” che increspano il tessuto dello spaziotempo. Queste onde, simili alle onde generate da un sasso lanciato sulla superficie di uno stagno, possono fornire informazioni utili sulla forma del buco nero stesso. A sostenerlo è un gruppo di ricercatori guidato dall’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) in uno studio pubblicato su Communications Physics .
Un buco nero è una regione dello spaziotempo dove la forza di gravità è cosi intensa che qualsiasi cosa superi un determinato confine vi precipita inesorabilmente senza possibilità di fuga. Questo confine viene chiamato “orizzonte degli eventi” e qualsiasi cosa lo superi, anche la luce stessa, non può più sfuggire alla sua attrazione di gravità, per questo un buco nero non emette nessun segnale ed è invisibile.
Forse il grande successo popolare del termine “buco nero” è dovuto proprio alla sua immediatezza. Il merito di avere proposto questo nome si deve ad uno dei più grandi fisici del ‘900, l’americano J. Wheeler che riutilizzò un termine in uso fino alla fine del 1800 nell’esercito inglese per indicare le celle punitive di isolamento assoluto, cioè l’ultima prigione.
Quando due buchi neri si fondono producono uno degli eventi più catastrofici dell’universo: in una frazione di secondo, un buco nero altamente deformato si forma e rilascia enormi quantità di energia mentre raggiunge il suo ultimo stadio. Questo fenomeno da agli astronomi l’opportunità unica di osservare i buchi neri in rapida evoluzione e studiare la gravità nella sua forma più estrema.
Se i buchi neri sono invisibili, esiste una possibilità di “osservarli” e carpire i loro segreti effettuando degli studi grazie al rilevamento delle onde gravitazionali. Secondo gli scienziati, dopo una collisione tra due buchi neri, il comportamento del buco nero che ne risulta potrebbe essere la chiave per capire la gravità grazie alle onde gravitazionali che emette. Nell’articolo, pubblicato su Communications Physics, gli scienziati, guidati dall’allievo di OzGrav, il Prof. Juan Calderón Bustillo, riportano come le onde gravitazionali codificano la forma dei buchi neri che si fondono mentre si stabilizzano nella loro forma finale.
Il coautore Christopher Evans del Georgia Institute of Technology (USA) afferma: “Abbiamo eseguito simulazioni di collisioni di buchi neri utilizzando supercomputer e poi abbiamo confrontato la forma in rapida evoluzione del buco nero residuo con le onde gravitazionali che emette. Abbiamo scoperto che questi segnali sono molto più ricchi e complessi di quanto si pensi comunemente, permettendoci di saperne di più sulla forma enormemente mutevole del buco nero finale”.
Le onde gravitazionali emesse dalla collisione dei buchi neri sono segnali noti come “cinguettii“.
Quando due buchi neri si avvicinano, emettono un segnale di frequenza e ampiezza crescente che può essere utilizzata per calcolare la velocità degli oggetti e il raggio dell’orbita. Il prof. Calderón Bustillo afferma: “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 residuo finale emette un segnale con un tono costante e un’ampiezza decadente, come il suono di una campana“. Questo principio è coerente con tutte le osservazioni finora effettuate sulle onde gravitazionali quando la collisione si analizza dall’alto.
Lo studio ha scoperto che osservando la collisione dall’equatore accade qualcosa di inaspettato, come ha spiegato il prof. Calderón Bustillo: “Quando abbiamo osservato i buchi neri dal loro equatore, abbiamo 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”.
I ricercatori hanno scoperto che questo doppio cinguettio è dovuto alla forma che assume il nuovo buco nero che si comporta come una specie di faro di onde gravitazionali come spiega Bustillo: “Quando i due buchi neri originari sono di dimensioni diverse, il buco nero finale inizialmente sembra una castagna, con una cuspide su un lato e una parte posteriore più ampia e liscia sull’altro lato. Si scopre che il buco nero emette onde gravitazionali più intense attraverso le sue regioni più curve, che sono quelle che circondano la sua cuspide. Questo perché anche il buco nero residuo sta ruotando e la sua cuspide e il suo retro puntano ripetutamente verso tutti gli osservatori, producendo più cinguettii”.
Il coautore Prof. Pablo Laguna, ex presidente della School of Physics presso Georgia Tech e ora professore presso l’Università del Texas ad Austin, ha dichiarato: “Mentre una relazione tra le onde gravitazionali e il comportamento del buco nero finale è stata lunga ipotizzato, il nostro studio fornisce il primo esempio esplicito di questo tipo di relazione“.
