Un’istantanea 3D della forma dell’onda gravitazionale ottenuta da una simulazione di buchi neri binari in accordo con la relatività generale. Ligo osserva regolarmente le onde gravitazionali derivanti da tali fusioni binarie. Con missioni spaziali come Lisa, l’evoluzione di questi sistemi binari potrà essere monitorata anni prima, consentendo di porre vincoli multi-frequenza su formazioni astrofisiche, e di effettuare test di relatività generale. Crediti: Jani, K., Kinsey, M., Clark, M. | Center for Relativistic Astrophysics, Georgia Institute of Technology
Avvolti nel mistero dalla loro scoperta, i buchi neri continuano ad essere uno degli enigmi più sbalorditivi del nostro universo. Negli ultimi anni, molti ricercatori hanno fatto passi da gigante nella comprensione di questi oggetti estremi usando sia l’astronomia osservativa, sia la più giovane astronomia delle onde gravitazionali.
Grazie all’osservazione delle onde gravitazionali emesse dalla fusione di buchi neri, rilevata per la prima volta nel 2015 dallo strumento Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories), i ricercatori hanno appreso dettagli entusiasmanti su questi oggetti invisibili e hanno sviluppato teorie e proiezioni su tutto ciò che li caratterizza, dalle loro dimensioni alle loro proprietà fisiche.
Tuttavia, i limiti di Ligo e delle altre tecnologie di osservazione hanno impedito agli scienziati di cogliere un quadro più completo dei buchi neri e una delle lacune più grandi riguarda un tipo particolare di buchi neri: quelli di massa intermedia, ossia buchi neri la cui massa è tale da collocarli tra quelli supermassicci (con una massa almeno un milione di volte superiore a quella del nostro sole) e quelli stellari (molto più piccoli, con una massa da 5 a 50 volte superiore alla massa del nostro sole).
Da una nuova ricerca, guidata dall’astrofisico Karan Jani della Vanderbilt University, sembra che questo gap di conoscenza verrà presto colmato grazie alle onde gravitazionali. Lo studio, presentato su Nature Astronomy, riporta un piano di azione per catturare istantanee da 4 a 10 anni di attività di buchi neri di massa intermedia.
«Così come un’orchestra sinfonica emette suoni attraverso una serie di frequenze, le onde gravitazionali emesse dai buchi neri sono caratterizzate da frequenze e tempi diversi», spiega Jani. «Alcune di queste frequenze hanno una larghezza di banda estremamente elevata, mentre altre hanno una larghezza di banda più stretta, e il nostro obiettivo – nella prossima era dell’astronomia delle onde gravitazionali – è catturare osservazioni multibanda di entrambe queste frequenze per ascoltare l’intera sinfonia, come è stata emessa dai buchi neri».
Jani, che si definisce un “cacciatore di buchi neri” e che Forbes ha nominato nella sua lista di scienziati under 30 nel 2017, faceva parte del team che ha rilevato le prime onde gravitazionali ed è entrato alla Vanderbilt University come post-doc del progetto Gravity nel 2019.
Insieme ai collaboratori del Georgia Institute of Technology, del California Institute of Technology e del Jet Propulsion Laboratory della Nasa, il nuovo articolo che ha pubblicato guarda al futuro dei rilevatori Ligo insieme alla missione spaziale Lisa (Laser Interferometer Space Antenna), che aiuterà l’umanità ad avvicinarsi alla comprensione di ciò che accade dentro e intorno ai buchi neri.
«La possibilità che esistano buchi neri di massa intermedia, che al momento sono nascosti alla nostra vista, è sia allettante che frustrante», afferma Deidre Shoemaker, co-autore dell’articolo e professore presso la School of Physics della Georgia Tech. «Fortunatamente, c’è speranza poiché questi buchi neri sono sorgenti ideali per la futura astronomia delle onde gravitazionali».
Lisa, una missione congiunta Esa-Nasa il cui lancio è previsto nel 2034, migliorerà la sensibilità nel rilevamento delle onde gravitazionali a bassa frequenza. Come primo rivelatore spaziale di onde gravitazionali, fornirà una misura ad una frequenza precedentemente irraggiungibile e consentirà l’osservazione più completa dei buchi neri di massa intermedia.
«All’interno dei buchi neri, la nostra attuale comprensione dell’universo fallisce», ha aggiunto Jani. «Con l’alta frequenza già osservata dai rilevatori Ligo e la bassa frequenza proveniente dai futuri rilevatori e dalla missione Lisa, potremo riunire questi dati e aiutare a colmare molte lacune nella nostra attuale comprensione dei buchi neri».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Detectability of intermediate-mass black holes in multiband gravitational wave astronomy” di Karan Jani, Deirdre Shoemaker, and Curt Cutler