L’ammasso globulare Messier 15 in un’immagine composita delle riprese con la Wide Field Camera 3 e la Advanced Camera for Surveys del telescopio spaziale Hubble nelle bande ultravioletta, infrarossa e visibile dello spettro elettromagnetico.
Crediti: NASA, ESA
Quando le onde gravitazionali saranno rivelate per la prima volta qui sulla Terra, gli astronomi potranno “udire” non solo le perturbazioni dello spaziotempo ma almeno 5 volte più collisioni di buchi neri rispetto a quanto previsto. È quanto emerge da uno studio guidato da un gruppo di astrofisici della Northwestern University secondo cui sarà possibile ricavare preziose informazioni sulla natura dei buchi neri e sulla relatività generale, aprendo così una nuova finestra sull’Universo. I risultati sono pubblicati su Physical Review Letters.
La fusione (merger) di due buchi neri è un processo alquanto violento ed esotico, uno dei più ricercati nell’ambito della ricerca astronomica. Tuttavia, dato che i merger non emettono luce di alcun tipo, trovare questi eventi così elusivi risulta complicato. Il processo di collisione dei buchi neri produce una enorme quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali. I primi osservatori in grado di rivelare direttamente questi “segnali gravitazionali”, deformazioni nel tessuto dello spaziotempo inizialmente predette da Albert Einstein circa un secolo fa, cominceranno una campagna di osservazioni già a partire dalla fine di quest’anno. In particolare, Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) è proprio uno di questi osservatori di nuova generazione che saranno dedicati alla rivelazione di onde gravitazionali. Si tratta di un esperimento di fisica su larga scala concepito per rivelare direttamente onde gravitazionali di origine cosmica, il cui inizio delle attività è previsto entro la fine dell’anno.
«Questa informazione permetterà agli astrofisici di comprendere meglio la natura dei buchi neri e la teoria della gravità di Einstein», spiega Frederic A. Rasio, un astrofisico teorico del Dipartimento di Fisica e Astronomia presso il Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences e co-autore dello studio. «Il nostro lavoro suggerisce che i nuovi osservatori dedicati alla ricerca di onde gravitazionali riveleranno un numero maggiore di eventi rispetto a quanto ci aspettiamo, il che è molto eccitante».
Rappresentazione artistica del burst di onde gravitazionali prodotte dalla collisione di una coppia di buchi neri che stanno per fondere. Credit: LIGO Scientific Collaboration (LSC) / NASA
Carl L. Rodriguez, studente di dottorato e autore principale dello studio, e colleghi hanno realizzato una serie di simulazioni numeriche per vedere come un ammasso globulare agisca da sorgente dominante di coppie di buchi neri, producendo centinaia di merger nel corso della vita dell’ammasso (che è di circa 12 miliardi di anni). Confrontando i modelli con le osservazioni di ammassi più recenti presenti nella Via Lattea e in altre galassie, i ricercatori arrivano a due importanti conclusioni: gli ammassi globulari, insiemi stellari sferici costituiti fino a qualche milione di stelle estremamente addensate e presenti negli aloni galattici, potrebbero essere delle vere e proprie “fabbriche cosmiche” di coppie di coppie di buchi neri, cioè sistemi binari in orbita ravvicinata; l’elevato potere esplorativo dei nuovi telescopi potrebbe permettere di rivelare almeno 100 binarie di buchi neri in fase di merging all’anno (ricordiamo che quando due buchi neri arrivano alla fusione viene emesso un burst, cioè emissione di energia di breve durata sotto forma di onde gravitazionali).
«Le onde gravitazionali ci permetteranno di ascoltare per la prima volta l’Universo grazie alla formazione di deformazioni nella struttura dello spaziotempo. Finora, tutte le osservazioni sono state condotte con i telescopi. Ma la rivelazione delle onde gravitazionali cambierà il modo di osservare l’Universo. La parte migliore è che possiamo ‘ascoltare’ cose che non potremo mai vedere, come appunto il processo di fusione di due buchi neri, il nostro oggetto di studio», conclude Rodriguez.
arXiv: Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters: Implications for Advanced LIGO