Quando l’onda gravitazionale GW190521 è stata rilevata, si è distinta dalle circa 90 altre increspature nello spazio-tempo che abbiamo visto, sia per la sua immensa distanza che per le enormi masse coinvolte. Anche alcune altre caratteristiche distintive sono risultate piuttosto difficili da spiegare.
Gli astronomi stanno ora suggerendo che sia perché i buchi neri coinvolti facevano parte di un ammasso compatto. Se è così, questo potrebbe avere implicazioni molto interessanti su come vediamo l’universo primordiale.
I buchi neri coinvolti in GW190521 sono i più grandi che abbiamo rilevato in fusione, stimati da vari studi rispettivamente a 80-102 e 52-100 masse solari. Anche se diverse masse solari sono state convertite in energia e disperse nelle onde gravitazionali che abbiamo raccolto a 17 miliardi di anni luce di distanza, resterà sempre, alla fine, un unico mostruoso buco nero di circa 150 masse solari.
Questo segna il primo esempio confermato di un buco nero intermedio a lungo cercato, uno con una massa compresa tra 100 e 100.000 masse solari
Tuttavia, come sottolinea un nuovo documento, questo è ben lungi dall’essere la fine di ciò che distingue GW190521. Oltre alla sua intensità, l’onda era decisamente breve.
La maggior parte delle onde gravitazionali si verifica quando due grandi masse, siano esse buchi neri o stelle di neutroni, entrano a spirale l’una nell’altra, avvicinandosi sempre di più man mano che rilasciano energia nell’universo. Si pensa che queste inizino come stelle binarie ordinarie, con prima l’una e poi l’altra che subiscono esplosioni di supernova per lasciare dietro di sé resti straordinariamente densi.
“La forma e la brevità – meno di un decimo di secondo – del segnale associato a [GW190521] ci portano a ipotizzare una fusione istantanea tra due buchi neri, avvenuta in assenza di una fase a spirale”, afferma in un comunicato il professor Alessandro Nagar dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
In teoria, due buchi neri potrebbero scontrarsi l’uno con l’altro senza muoversi a spirale, come due persone che non guardano dove stanno andando. Tuttavia, i buchi neri sono minuscoli rispetto alle distanze tra i sistemi stellari. Durante una passeggiata casuale in un deserto remoto, di solito ci vuole più della distrazione per inciampare in qualcuno.
Nagar e coautori pensano che la spiegazione potrebbe essere che entrambi i buchi neri facevano parte di un denso ammasso stellare. Dopotutto, le collisioni sono molto più probabili per gli sbadati in una stanza affollata che in ampi spazi aperti.
Invece di essere i resti di stelle nate insieme, i due buchi neri potrebbero essersi originati in parti diverse dell’ammasso e alla fine si sono scontrati. La collisione è stata probabilmente un processo in due fasi, con un precedente incontro ravvicinato che ha posto i due buchi neri in un’orbita altamente eccentrica (orbita allungata) l’uno intorno all’altro. Come con qualsiasi danza tra due oggetti così massicci, l’orbita è prograssivamente decaduta avvicinandoli, trasformando un sorvolo in una collisione.
Se l’ipotesi fosse corretta, GW190521 sarebbe il primo esempio che abbiamo visto di un incontro dinamico tra buchi neri, qualcosa che la teoria prevede dovrebbe accadere, ma che non abbiamo mai visto.
Un ammasso denso potrebbe anche essere stato testimone di molteplici fusioni precedenti, il che spiegherebbe come entrambi i buchi neri fossero molto più grandi dei soliti prodotti di supernove con collasso del nucleo. Almeno il buco più grande è più massiccio di quanto si pensi sia possibile da un collasso stellare.
La maggior parte delle stelle nasce in ammassi densi che si disperdono gradualmente. Stelle più massicce hanno vite più brevi, il che rende plausibile che possano consumare tutto il loro idrogeno e collassare in buchi neri prima che si verifichi la diffusione. Dato quanto indietro nel tempo questo evento è avvenuto, la conferma dell’idea indicherebbe che gli ammassi stellari densi sono stati una caratteristica dell’universo quasi dall’inizio.
Un lampo di luce rilevato all’Osservatorio Palomar è stato provvisoriamente associato a GW190521, portando alla proposta che entrambi i buchi neri orbitassero attorno a uno ancora più grande, il cui disco potrebbe essere stato disturbato dalla fusione.
Lo studio è pubblicato su Nature Astronomy.
