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La recente scoperta delle onde gravitazionali è stata possibile grazie ad uno degli eventi più energetici e catastrofici che possono verificarsi nell'Universo: la coalescenza di due buchi neri binari che, in orbita l'uno attorno all'altro, si sono avvicinati fino a collidere, fondendosi in un unico buco nero. Questi eventi costituiscono anche il mezzo migliore per identificare un sistema binario di buchi neri, ma si tratta di un fenomeno raro. Oltretutto, lo studio delle onde gravitazionali è ancora agli albori ed è difficile identificare con precisione la sorgente dalla quale proviene il segnale.
Questi oggetti tuttavia destano grande interesse tra gli astronomi, poiché alla base dell'evoluzione delle galassie. Infatti, secondo le teorie oggi più accreditate, le galassie cosiddette ellittiche non sono altro che il prodotto della collisione (merging) di due galassie a spirale. Un destino che, con ogni probabilità, accomunerà la nostra Via Lattea e la galassia di Andromeda, le quali sono in costante avvicinamento tra loro e si prevede collideranno tra circa quattro miliardi di anni. Sappiamo inoltre che al centro di quasi tutte le galassie vi è un buco nero supermassiccio, che per molti aspetti costituisce una sorta di motore della galassia stessa. La domanda allora è: all'atto del merging che fine fanno i due buchi neri? L'idea è che diano vita a un sistema binario in cui i due buchi neri orbitino attorno a un centro di massa comune. Il problema sta appunto nell'osservazione di questi mostri.
Lo scorso settembre però un gruppo internazionale di astronomi ha pubblicato un lavoro sul Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, in cui viene proposto un metodo che parrebbe in grado di risolvere, almeno parzialmente, il problema. Tutto si basa sulla presenza di getti da parte del buco nero centrale. I getti sono forse uno dei fenomeni più incredibili mai osservati. Si tratta essenzialmente di plasma (un insieme di particelle elettricamente cariche) che, a causa del fortissimo campo magnetico generato dal buco nero, vengono "sparate" in direzione dell'asse di rotazione in un fascio perfettamente rettilineo, in grado di propagarsi anche per migliaia di anni luce. A loro volta, le particelle che compongono il getto, propagandosi lungo il fascio con un moto a spirale, emettono un particolare tipo di radiazione elettromagnetica, detta radiazione di sincrotrone.
Un esempio bellissimo, in tal senso, è dato dalla galassia ellittica gigante M87, il cui getto si estende per circa 5000 anni luce e al cui centro si stima che vi sia un buco nero di alcuni miliardi di volte la massa del Sole.
Nello studio in questione gli scienziati hanno osservato che alcuni getti sono dotati di un moto di precessione (un po' come l'asse terrestre per intenderci). Tale fenomeno può verificarsi proprio a causa della presenza di un sistema di buchi neri binari. In pratica, la deviazione periodica nella posizione del getto, che normalmente dovrebbe conservare sempre la stessa direzione, risulterebbe un eccezionale indicatore della presenza di due buchi neri.
Non solo, una serie di considerazioni dinamiche ha portato gli autori del lavoro a stimare che quando ciò si verifica i due oggetti devono trovarsi "molto vicini", a meno di un parsec (3,26 anni luce) di distanza. Dallo studio di 33 differenti galassie, gli astronomi hanno scoperto che 24 casi mostravano forti evidenze di precessione del getto. Ciò costituirebbe una prova del fatto che questo tipo di meccanismo potrebbe costituire lo standard nel percorso evolutivo delle galassie. Durante la fase di merging i due buchi neri si avvicinerebbero, con tempi variabili a seconda della densità stellare, fino a mettersi in orbita attorno al comune centro di massa. Questa danza mortale proseguirà fino a che essi non si fonderanno in un buco nero più grande.
Scovare sistemi del genere è estremamente importante poiché la presenza di un getto soggetto a precessione può influenzare notevolmente l'ambiente circostante, e in particolare il tasso di formazione stellare della galassia in questione. Infatti, per formarsi le stelle richiedono la presenza di gas relativamente freddo, in modo da avviare il collasso della nube che formerà le protostelle. Il getto ha l'effetto di riscaldare il gas circostante, ma se esso è diretto verso un punto fisso, tale effetto risulta limitato. Un getto affetto da precessione invece finirà per riscaldare molto più gas, limitando la formazione di nuove stelle.
La potenza del metodo in questione sta nel fatto che, allo stato delle conoscenze attuali, l'unico altro modo di rilevare la presenza di buchi neri binari sarebbe proprio per mezzo delle onde gravitazionali emesse dal sistema. Tuttavia, con le tecnologie oggi in nostro possesso, onde di questo tipo sono troppo deboli e non rilevabili, almeno fino al momento della coalescenza. La situazione potrebbe cambiare quando diverranno operativi due nuovi strumenti attualmente in fase di realizzazione: LISA e SKA. Grazie alla loro sensibilità estrema, dovrebbe essere possibile osservare onde gravitazionali ben più deboli rispetto a quanto non si riesca a fare con LIGO e VIRGO.
Nel frattempo però, studi come questo ci consentono di porre un nuovo tassello nella comprensione sul funzionamento delle galassie, che ancora una volta si rivelano essere sistemi estremamente complicati, e soprattutto sorprendentemente dinamici.
Antonio D'Isanto è dottorando in astronomia presso l'Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania. La sua attività di ricerca si basa sulla cosiddetta astroinformatica, ovvero l'applicazione di tecnologie e metodologie informatiche per la risoluzione di problemi complessi nel campo della ricerca astrofisica. Si occupa inoltre di reti neurali, deep learning e tecnologie di intelligenza artificiale ed ha un forte interesse per la divulgazione scientifica. Da sempre appassionato di sport, è cintura nera 2°dan di Taekwondo, oltre che di lettura, cinema e tecnologia. Siamo felici di annunciarvi che collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.
Se le onde gravitazionali vi affascinano sappiate che ci sono molti libri che ne parlano, ma dovete scegliere bene in base alle vostre conoscenze. Se non sapete nulla di Fisica meglio partire da Relatività: esposizione divulgativa di Einstein. Se qualcosa masticate potete dilettarvi con Buchi neri e salti temporali. Se la Fisica è la vostra materia preferita ce la farete a leggere Il Respiro dell'Universo.