Quando due buchi neri di un sistema binario iniziano a spiraleggiare l’uno attorno all’altro, essi si muovono a passo di danza, eseguendo una sorta di “tango cosmico” in cui l’oggetto più massivo gira sui “tacchi” (o viceversa) finché la fusione si è completata. È quanto sostengono due ricercatori del Rochester Institute of Technology in un articolo pubblicato su Physical Review Letters.
Secondo Carlos Lousto e James Healy , il processo dinamico di questa rotazione (spin) potrebbe influenzare l’evoluzione dei buchi neri che sono circondati da un disco di accrescimento e allo stesso tempo alterare la fisica del sistema binario, i cui effetti sarebbero, in linea di principio, misurabili Lo studio sarà presentato al prossimo meeting dell’American Physical Society che si terrà a Baltimora il 14 Aprile prossimo in occasione delle celebrazioni per il centenario della relatività generale.
I due ricercatori hanno utilizzato sofisticate tecniche numeriche per risolvere le equazioni di Einstein e per simulare l’interazione gravitazionale sfruttando le potenzialità dei supercomputer. Si tratta di un campo di indagine, noto come relatività numerica, che si è sviluppato nel corso del tempo da quando nel Novembre del 1915 venne pubblicata per la prima volta la teoria di Einstein.
In un sistema binario composto da due buchi neri, la direzione del momento angolare di spin (in rosso) precede nel corso del tempo e si ribalta. Credit: Midori Kitagawa
«Ci occupiamo di buchi neri ruotanti presenti nei sistemi binari per studiare la dinamica dello spin a lungo termine», spiega Lousto presso la RIT’s School of Mathematical Sciences e membro del Center for Computational Relativity and Gravitation. Nel loro articolo, i due autori descrivono come hanno realizzato le loro simulazioni numeriche di due buchi neri di massa eguale allo scopo di analizzare l’allineamento individuale e la direzione dello spin man mano che i due oggetti si avvicinano verso il merger. I risultati indicano che i due buchi neri “flirtano” per quasi 48 orbite, 3 cicli di precessione e mezzo ciclo durante il quale viene ribaltata la direzione dello spin. In altre parole, un buco nero cambia completamente l’orientamento del suo spin, rispetto alla direzione iniziale, ogni mezzo ciclo di precessione: per questo si parla di “flip-flopping binary black holes“.
«La simulazione di Lousto e Healy è una delle più lunghe che siano mai state realizzate per un sistema binario formato da due buchi neri ruotanti», dice Pedro Marronetti, direttore della divisione di fisica presso la National Science Foundation. «I loro risultati e i potenziali effetti osservativi potrebbero avere un grosso impatto in varie aree di ricerca, dallo studio delle onde gravitazionali all’evoluzione galattica».
Dall’analisi della particolare evoluzione del sistema binario, Lousto e Healy hanno ricavato tutta una serie di parametri che descrivono gli angoli di rotazione e la frequenza dei cicli con cui avviene la variazione dell’asse di rotazione. «Abbiamo mostrato che questo processo di ‘ribaltamento’ della direzione dell’asse di rotazione cambia continuamente durante l’evoluzione finale del sistema binario che sarà destinato alla sua completa fusione», conclude Lousto.
Physical Review Letters: Carlos O. Lousto e James Healy – Flip-Flopping Binary Black Holes
arXiv: Flip-flopping binary black holes
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