I ricercatori del Manitoba fanno parte del team che lavora per svelare il mistero della più grande fusione di buchi neri mai rilevata

Un gruppo di ricercatori del Manitoba è stato coinvolto dietro le quinte di uno studio internazionale che questa settimana ha rivelato come due enormi buchi neri si siano scontrati in uno solo, fortunatamente a miliardi di anni luce dalla Terra.

L'astrofisica Samar Safi-Harb dell'Università del Manitoba, titolare della cattedra canadese di ricerca in astrofisica estrema, e il suo team collaborano al programma LIGO-Virgo-KAGRA, che lunedì ha pubblicato le prove di quello che Safi-Harb definisce "il buco nero binario più massiccio finora rilevato".

Un'altra sorpresa della scoperta, effettuata originariamente nel novembre 2023, è stata la velocità vertiginosa a cui ruotava ciascun buco nero al momento dell'impatto, "vicina alla massima velocità possibile consentita dalla teoria", ha affermato Safi-Harb, che è anche professore di fisica e astronomia presso l'Università del Michigan di Winnipeg.

"Quindi non solo sono enormi, ma ruotano anche all'impazzata, a una velocità 400.000 volte superiore a quella di rotazione della Terra."

Il suo team non è stato direttamente coinvolto in questa rilevazione, ma fa parte della comunità di migliaia di ricercatori in tutto il mondo impegnati nel LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), che gestisce rilevatori nello stato di Washington e in Louisiana.

Il team comprende il ricercatore post-dottorato dell'Università del Michigan Nathan Steinle, specializzato in astrofisica delle onde gravitazionali e modellizzazione della collisione dei buchi neri, mentre il post-dottorato Labani Mallick lavora sulle osservazioni elettromagnetiche dei buchi neri.

Lo studente di dottorato di Safi-Harb, Neil Doerksen, è impegnato nel miglioramento della sensibilità dei rilevatori utilizzati nella tecnologia di rilevamento delle onde gravitazionali, mentre lo studente di dottorato Lucas da Conceição lavora sul rilevamento delle onde gravitazionali delle stelle di neutroni.

Studiare gli estremi selvaggi

Tutti e cinque studiano gli estremi più selvaggi: temperature estreme, gravità estrema, campi magnetici estremi esibiti dai sistemi astrofisici.

Si dà il caso che siano associati alla morte delle stelle, cosa che affascina Safi-Harb perché possono rivelarci da dove proviene ogni cosa.

Le esplosioni stellari portano alla creazione di alcuni degli elementi più pesanti dell'universo: il calcio nelle ossa. Quell'anello di fidanzamento d'oro che ti ha lasciato tua nonna. Il platino nel catalizzatore rubato dalla berlina del tuo amico. Tutto è nato da un meraviglioso kaboom nel vuoto dello spazio.

Il modo più comunemente noto in cui nascono i buchi neri è il collasso di una stella massiccia che giunge al termine della sua vita. Il suo cadavere stellare si trasforma in questo misterioso e incredibilmente denso ammasso di materia, con una gravità così intensa che nemmeno la luce può sfuggirgli.

Ciò rende sostanzialmente i buchi neri invisibili ai telescopi convenzionali basati sulla luce, ed è il motivo per cui gli studi tradizionali si sono concentrati sugli effetti indiretti che i buchi neri hanno sull'ambiente circostante.

I telescopi a raggi X consentono agli scienziati, ad esempio, di dedurre la presenza di un buco nero studiando gli effetti gravitazionali che questo esercita sulle stelle vicine, oppure individuando materiali come gas e polvere che si formano nei dischi attorno ai buchi neri.

Ma quando si tratta di dare la caccia alle collisioni tra buchi neri, sono necessari strumenti diversi.

LIGO è progettato per ricercare le tracce delle onde gravitazionali, la cui esistenza fu prevista per la prima volta da Albert Einstein oltre un secolo fa.

La teoria della relatività generale di Einstein postulava che queste onde che si propagano nello spazio-tempo fossero prodotte dal moto di oggetti in accelerazione. Grandi, grandissimi.

"Se lanci un sasso o una pietra in un lago, osservi quelle increspature", ha detto Safi-Harb. "Quando c'è un buco nero, è così denso che provoca queste increspature nello spazio-tempo."

Se due buchi neri orbitano l'uno attorno all'altro e si avvicinano sempre di più, accelerano e "questo provoca onde gravitazionali molto forti", ha affermato.

La previsione di Einstein è rimasta radicata nel regno teorico fino a un decennio fa, quando gli scienziati sono riusciti a osservare per la prima volta le onde gravitazionali tramite LIGO. Ora gli scienziati conoscono 300 collisioni di buchi neri, ha affermato Safi-Harb.

L'ultima, denominata GW231123, è la più imponente finora.

GUARDA: Gli scienziati rilevano le onde gravitazionali per la prima volta (2016):

La coppia originale di buchi neri aveva masse rispettivamente 100 e 140 volte maggiori di quelle del nostro Sole, mentre il prodotto finale della fusione è pari a circa 225 masse solari.

Sembra una cifra enorme, e lo è, ma nello spettro dei buchi neri potrebbe collocarsi da qualche parte nel mezzo.

Esistono tre classi di buchi neri, compresi quelli nel nostro cortile cosmico, noti come buchi neri di massa stellare. Possono avere una massa compresa tra 10 e 60 volte quella del nostro sole.

Poi ci sono i buchi neri supermassicci. Si trovano al centro delle galassie e possono avere masse da milioni a miliardi di volte superiori al nostro Sole. Alcuni hanno persino un nome: il cuore oscuro della nostra galassia, la Via Lattea, è noto come Sagittario A.

E negli ultimi anni sono emerse prove della terza classe, i buchi neri di massa intermedia, che potrebbero avere dimensioni comprese tra centinaia e migliaia di masse solari, come GW231123 e i buchi neri progenitori che lo hanno creato.

Il fatto che i genitori e GW231123 rientrino tutti nella zona intermedia è entusiasmante, ma anche un po' sconcertante.

"Si ritiene che queste masse siano 'proibite' o che non ci si aspetti che si verifichino, perché l'evoluzione stellare standard non prevede la formazione di tali buchi neri", ha affermato Safi-Harb.

Potrebbe darsi che ciascuno di questi buchi neri progenitori sia nato dalla fusione di buchi neri ancora più piccoli, ha affermato Safi-Harb.

"Ciò che questa scoperta ci sta insegnando è che sappiamo che alcuni buchi neri più piccoli possono creare buchi neri più grandi, e forse buchi neri più grandi si scontrano per creare buchi neri ancora più grandi, e se questi si trovano in ambienti densi, possono creare cose come la nostra galassia", ha affermato.

"Quindi si tratta di capire le nostre origini, da dove veniamo."

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