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“Wobbly Black Hole” l’esempio più estremo mai scoperto

buco nero

Credito: Pixabay/CC0 di dominio pubblico

I ricercatori dell’Università di Cardiff hanno identificato un peculiare movimento di torsione nelle orbite di due buchi neri in collisione, un fenomeno esotico previsto dalla teoria della gravità di Einstein.

Il loro studio, pubblicato in Natura e sotto la direzione del Professor Mark Hannam, il Dr. Charlie Hoy e il dott. Jonathan Thompson riferisce che questa è la prima volta che questo effetto, noto come precessione, è stato osservato nei buchi neri, dove la torsione è 10 miliardi di volte più veloce rispetto alle osservazioni precedenti.

Il sistema binario di buchi neri è stato scoperto dalle onde gravitazionali nei rivelatori Advanced LIGO e Virgo all’inizio del 2020. Uno dei buchi neri, 40 volte più grande del nostro sole, è probabilmente il buco nero più veloce trovato dalle onde gravitazionali. E contrariamente a tutte le osservazioni precedenti, il buco nero in rapida rotazione ha distorto lo spazio e il tempo così tanto che l’intera orbita del sistema binario ha oscillato avanti e indietro.

Questa forma di precessione è specifica della teoria della relatività generale di Einstein. Questi risultati confermano la sua esistenza nell’evento fisico più estremo che possiamo osservare, la collisione di due buchi neri.

“Abbiamo sempre pensato che i buchi neri binari fossero capaci di questo”, ha affermato il professor Mark Hannam del Gravity Exploration Institute dell’Università di Cardiff. “Sin dai primi rilevamenti delle onde gravitazionali, abbiamo sperato di trovare un esempio. Abbiamo dovuto aspettare cinque anni e oltre 80 rilevamenti separati, ma finalmente ne abbiamo uno!”

Un esempio più concreto di precessione è l’oscillazione di una trottola, che può oscillare – o precessare – una volta ogni pochi secondi. Al contrario, nella relatività generale, la precessione è solitamente un effetto così debole da essere impercettibile. Nell’esempio più veloce precedentemente misurato di stelle di neutroni in orbita, noto come pulsar binarie, ci sono voluti oltre 75 anni prima che l’orbita precesse. Il buco nero binario in questo studio, colloquialmente noto come GW200129 (dal nome della data della sua osservazione, 29 gennaio 2020), precesse diverse volte al secondo, un effetto 10 miliardi di volte più forte di quanto precedentemente misurato.

dott Jonathan Thompson, anche lui dell’Università di Cardiff, ha spiegato: “È un effetto molto difficile da identificare. Le onde gravitazionali sono estremamente deboli e rilevarle richiede gli strumenti più sensibili della storia. La precessione è un effetto ancora più debole, già nascosto all’interno del debole segnale, quindi abbiamo dovuto fare un’analisi attenta per scoprirlo”.

Einstein predisse le onde gravitazionali nel 1916. Sono stati rilevati per la prima volta dagli strumenti Advanced LIGO direttamente nella fusione di due buchi neri nel 2015, una scoperta rivoluzionaria che ha portato al Premio Nobel nel 2017. L’astronomia delle onde gravitazionali è oggi uno dei campi più dinamici della scienza, con una rete di rivelatori Advanced LIGO, Virgo e KAGRA operanti negli Stati Uniti, in Europa e in Giappone. Ad oggi ci sono state oltre 80 scoperte, tutte relative alla fusione di buchi neri o stelle di neutroni.

“Finora, la maggior parte dei buchi neri che abbiamo trovato usando le onde gravitazionali ruotano abbastanza lentamente”, ha detto il dott. Charlie Hoy, ricercatore presso l’Università di Cardiff durante questo studio e ora presso l’Università di Portsmouth. “Il buco nero più grande in questo binario, circa 40 volte più massiccio del Sole, stava ruotando quasi il più velocemente possibile fisicamente. I nostri attuali modelli di formazione binaria suggeriscono che questo era estremamente raro, forse uno su mille eventi. Oppure potrebbe essere un segno che i nostri modelli devono cambiare”.

La rete internazionale di rivelatori di onde gravitazionali è attualmente in fase di aggiornamento e inizierà la prossima ricerca dell’Universo nel 2023. Probabilmente troveranno centinaia di altri buchi neri in collisione e diranno agli scienziati se GW200129 è stata una rara eccezione o un segno che il nostro universo è ancora più strano di quanto pensassero.


Testare la teoria della gravità di Einstein usando ombre e collisioni di buchi neri


Maggiori informazioni:
Mark Hannam, Precessione relativistica generale in un sistema binario di buchi neri, Natura (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05212-z. www.nature.com/articles/s41586-022-05212-z

Fornito dall’Università di Cardiff

Citazione: “Wobbling Black Hole” esempio più estremo mai scoperto (2022, 12 ottobre), recuperato il 12 ottobre 2022 da https://phys.org/news/2022-10-black-hole-extreme.html

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