Ascoltati i buchi neri di seconda generazione

Buchi neri generati dalla fusione di altri buchi neri che si fondono a loro volta con altri buchi neri, e che sono perciò 'di nuova generazione' in una gerarchia mai vista finora dagli astrofisici: a sollevare il sipario su un universo in cui questi oggetti cosmici ancora misteriosi sono numerosissimi, molto più abbondanti di quanto si immaginasse, sono le onde gravitazionali. La scoperta è pubblicata su The Astrophysical Journal Letters dalla collaborazione internazionale Ligo-Virgo-Kagra, che comprende i due rivelatori americani Ligo, il rilevatore Virgo dell'Osservatorio gravitazionale europeo (Ego) che si trova in Italia, a Cascina (Pisa) e al quale l'Italia partecipa con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e il rivelatore giapponese Kagra.

Le cose sono molto cambiate rispetto a dieci anni fa, quando le onde gravitazionali vennero scoperte. "Allora l'interesse era riuscire a vederle per la prima volta, ma subito dopo sono diventate uno strumento di studio astrofisico e vengono utilizzate per capire meglio oggetti come i buchi neri e le stelle di neutroni", ha detto all'ANSA il fisico Edoardo Milotti, professore ordinario all'Università di Trieste e associato dell'Infn. In sostanza, le onde gravitazionali sono diventate altri strumenti per conoscere il cielo. Dopo l'astronomia ottica, quella ai raggi X e gamma e nell'infrarosso, le onde gravitazionali costituiscono un altro paio di occhiali, molto particolari, con i quali osservare l'universo.

I due segnali, rilevati a ottobre e novembre 2024, sono indicati con le sigle GW241011 e GW241110 e ad attirare l'attenzione dei ricercatori è stato il fatto che arrivavano da buchi neri dalle caratteristiche di rotazione (spin) insolite. Queste "ci insegnano che alcuni buchi neri non esistono solo come partner isolati, ma probabilmente come membri di una folla densa e dinamica", osserva il portavoce della collaborazione Virgo Gianluca Gemme, dell'Infn. "Queste scoperte - aggiunge - evidenziano, ancora una volta, il ruolo cruciale della rete internazionale di interferometri gravitazionali per svelare i fenomeni più elusivi dell'universo". Inoltre "le insolite configurazioni di spin osservate in GW241011 e GW241110 non solo sfidano la nostra comprensione della formazione dei buchi neri, ma offrono anche prove convincenti di fusioni gerarchiche in alcuni ambienti cosmici".

Coppie di buchi neri di seconda generazione "erano state previste, ma questa è la prima prova diretta della loro esistenza", osserva uno degli autori della ricerca, l'astrofisico Carl-Johan Haster, dell'Università del Nevada e Las Vegas (Unlv). Entrambe le coppie "hanno un buco nero significativamente più massiccio dell'altro e in rapida rotazione, e forniscono indicazioni interessanti che questi buchi neri si siano formati da precedenti fusioni di buchi neri", aggiunge un altro autore della ricerca, Stephen Fairhurst delll'Università di Cardiff e portavoce della collaborazione Ligo.

E' stato il particolare orientamento nella rotazione e il fatto che in ogni coppia il buco nero più grande era quasi il doppio dell'altro a suggerire che i buchi neri siano il risultato di fusioni gerarchiche. Queste, osservano i ricercatori, di solito avvengono "in regioni cosmiche estremamente affollate, come gli ammassi stellari, dove i buchi neri sono più propensi a scontrarsi e quindi a fondersi ripetutamente".

I buchi neri in rapida rotazione come quelli appena osservati possono infine essere utilizzati per verificare l'esistenza delle particelle elementari leggere chiamate 'bosoni ultraleggeri', previste da alcune teorie che vanno oltre la teoria di riferimento della fisica, il Modello Standard che descrive e classifica tutte le particelle elementari conosciute.