Gli astronomi hanno individuato la più grande e strana collisione fra buchi neri mai scoperta



Un buco nero inaspettato

Il mistero del buco nero da 85 masse solari risiede proprio nel modo in cui gli scienziati interpretano la morte di queste stelle massicce.

A causa della loro furia nucleare, le stelle sono corpi in equilibrio: la gravità le comprime verso l’interno, ma quando la luce lascia il nucleo, spinge la stella di nuovo verso l’esterno. Ma il nucleo delle stelle massicce talvolta brucia a temperature talmente elevate che questa situazione di equilibrio può mutare all’improvviso. Singole particelle di luce, chiamate fotoni, raccolgono energia sufficiente per diventare coppie di elettroni e positroni, l’equivalente degli elettroni nell’antimateria. Questo cambiamento riduce temporaneamente la pressione all’interno del nucleo del sole, che a sua volta provoca la compressione e il riscaldamento della stella.

Secondo l’attuale teoria, quando una stella di questo tipo è all’incirca da 60 a 130 volte più massiccia del nostro sole, la compressione e il riscaldamento portano a un’esplosione incontrollata chiamata supernova a instabilità di coppia. Un tale evento distrugge la stella al punto che i detriti espulsi non possono collassare in un buco nero.

Stranamente, il buco nero più grande nella coppia che ha dato origine a GW190521 si trova “esattamente al centro dell’intervallo in cui ci si attende un’instabilità di coppia”, prosegue Berry. In altre parole si ritiene che non sia possibile che una stella di questo tipo possa generare un tale buco nero. “Finora, se trovavi un buco nero compreso tra 52 e 133 masse solari, si riteneva non potesse essere stato generato dall’auto collasso di una singola stella”, spiega l’astrofisica teorica Priyamvada Natarajan, esperta di buchi neri dell’Università di Yale, non coinvolta nello studio. “La natura invece ci sta dicendo che ci sono molti modi di raggiungere la massa di questi buchi neri”.

Fusioni ostili?

In un articolo correlato, pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters, il team combinato LIGO-Virgo presenta varie possibilità per spiegare le dinamiche della fusione e degli strani buchi neri coinvolti. L’idea più promettente è che almeno uno dei buchi neri, se non entrambi, derivi a sua volta dalla fusione di due comuni buchi neri più piccoli.

“Questo è lo scenario che preferisco”, afferma Steinn Sigurdsson, astrofisico presso l’Università statale della Pennsylvania, non coinvolto nella scoperta. Alcuni tipi di ambienti cosmici potrebbero rendere più probabili queste fusioni in due fasi. Ad esempio le probabilità potrebbero aumentare se un tale evento si verificasse all’interno di un disco di gas che orbita attorno a un buco nero supermassiccio al centro di una galassia.

Esistono prove plausibili che GW190521 potrebbe essersi formato in un tale contesto. In Giugno Graham è stato co-autore di uno studio pubblicato su Physical Review Letters che descriveva un lampo di luce nella stessa porzione di cielo di GW190521, circa 24 giorni dopo che le onde gravitazionali avevano scosso la Terra. Il team di Graham sosteneva che questo bagliore potrebbe essersi formato mentre il buco nero fuso attraversava il disco di gas che circondava il buco nero supermassiccio, riscaldando il gas al punto da farlo brillare.

Detto ciò, c’è una spiacevole discrepanza tra i nuovi studi e i risultati del bagliore: la distanza. Lo studio di Graham individua con precisione la posizione del bagliore in una galassia distante circa 8 miliardi di anni luce, mentre i risultati del team LIGO-Virgo collocano la fusione del buco nero a una distanza di oltre 17 miliardi di anni luce. Secondo Graham la corrispondenza delle posizioni può essere una pura coincidenza. “Osservando un numero sufficiente di eventi, se ne scoprono alcuni molto rari che si allineano”, conclude.

L’esperta Natarajan ha un’altra idea. In uno studio del 2014 pubblicato su Science, di cui è stata co-autrice, ha calcolato che all’inizio dell’universo piccoli buchi neri potevano ingrandirsi a una velocità eccezionale rimbalzando in modo casuale attorno a cluster di stelle ricche di gas che incontravano sul loro percorso. In uno studio successivo che prende le mosse da questa idea, la scienziata ha scoperto che il giusto tipo di cluster stellare potrebbe aver dato origine a una coppia di buchi neri, ciascuno con una massa di circa 50-75 volte quella del sole, che in seguito potrebbero essersi fusi.

“Questa possibilità mi entusiasma!” afferma.

Per tutto il lavoro teorico che sicuramente deriverà dalla scoperta di GW190521, gli scienziati affermano che i suoi misteri verranno risolti solo dopo che LIGO e Virgo avranno individuato altre collisioni simili a questa. “Con un singolo evento è sempre possibile appellarsi a circostanze fortuite e uniche”, conclude Sigurdsson. “Quando invece si dispone di una serie di eventi è davvero possibile sfruttare al massimo ognuno dei numerosi modelli”.

I BUCHI NERI

Previous Article
Next Article