Per la terza volta gli scienziati di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hanno rilevato quelle increspature infinitesimali dello spazio-tempo note come onde gravitazionali. La notizia è di oggi, e sta facendo il giro del mondo non solo perché consolida il successo di questa tecnologia togliendo ogni dubbio sulla sua efficacia, ma anche e soprattutto perché questo nuovo rilevamento confermerebbe l'esistenza di buchi neri intermedi, di cui vi avevamo parlato in questo articolo.
Qualcuno ricorderà che quando fu annunciato il secondo rilevamento gli scienziati accennarono anche alla possibilità di una tripletta, ma non la diedero per assodata in quanto si trattava di "un evento molto più debole". Adesso sappiamo che il tris è composto, e che non ci fu nessun errore negli strumenti.
Per sapere cosa sono le onde gravitazionali e come le capta LIGO leggete questo articolo.
L'annuncio è di oggi, ma gli strumenti hanno "ascoltato il blues dei buchi neri" il 4 gennaio 2017. Stando alle note ufficiali le onde gravitazionali sono state create anche questa volta dalla fusione di due buchi neri: uno da 31,2 masse solari e l'altro da 19,4 masse solari, che unendosi hanno dato luogo a un buco nero da 48,7 masse solari - come hanno spiegato gli scienziati nell'articolo ufficiale pubblicato oggi su Physical Review Letters. (I calcoli non sono sbagliati, il buco nero risultante ha una massa leggermente inferiore rispetto alla somma delle due masse di partenza perché la rimanenza viene convertita in energia delle onde gravitazionali poi captate da LIGO).
Erano insomma dei mostri cosmici di dimensioni rilevanti, anche se non al livello di quelli che hanno originato le onde gravitazioni captate da LIGO il 14 settembre 2015, che erano di 36,2 e 29,1 masse solari.
A questo terzo rilevamento l'energia irradiata sotto forma di onde gravitazionali è stata calcolata in 2 masse solari, contro le 3 masse solari del primo rilevamento. Da notare che a questo giro la distanza dalla Terra era di 2,9 miliardi di anni luce, contro gli 1,4 miliardi di anni luce dell'avvenimento rivelato a settembre 2015.
L'analisi di alcuni numeri ci aiuta a comprendere meglio le proporzioni dell'evento. I due buchi neri avevano un diametro, rispettivamente, di 115 e 190 km, e in seguito alla coalescenza occuperebbero una sfera (se tale la si può definire) di 280 km. Per un oggetto di quasi 49 masse solari è notevole.
L'enorme energia prodotta dalle 2 masse solari, in un processo durato appena 0,12 secondi, ha prodotto un'onda gravitazionale che, a sua volta, ha generato un'increspatura di appena 0,000.000.000.000.000.001 metri, ovvero circa mille volte più piccola di un protone. Eppure è stata rilevata con precisione estrema dai due interferometri di LIGO.
Insomma nuovamente due buchi neri si sono avvitati in una spirale fondendosi in un unico buco nero enorme, generando una increspatura nella trama dello spazio-tempo che è stata osservata da LIGO.
Michael Landry, a capo del gruppo di ricerca di LIGO, ha ribadito quando già sottolineato più volte: "questi sono i più potenti eventi astronomici a cui abbiano assistito degli esseri umani". Grazie ai dati di LIGO iniziamo a comprendere un po' meglio la formazione dei buchi neri, le cui dimensioni sono difficili da spiegare per gli astrofisici. Stando all'evidenza dei dati finora rilevati "sembra che non siano così rari, e che sembra chiaro quale sia il modo per produrre buchi neri di tali dimensioni", come ha spiegato il fisico Clifford Will della University of Florida.
Nonostante l'enorme energia di questa catastrofe cosmica, nessuna rilevazione elettromagnetica è stata tuttavia possibile. Infatti, nel momento in cui i ricercatori ottengono una misura di onde gravitazionali, si passa a scandagliare il cielo nella speranza di vedere anche un lampo in una qualche porzione dello spettro elettromagnetico causata dall'evento. Ovviamente questa non proverrebbe dai due buchi neri (in quanto essi per definizione non emettono radiazione) bensì da eventuale materia presente nelle vicinanze perturbata dall'energia stessa liberatasi al momento della coalescenza.
Il problema principale sta nel fatto che l'increspatura nello spazio-tempo che viene rivelata sulla Terra, con gli strumenti attuali, permette di identificare la provenienza del segnale solo in modo estremamente approssimativo. Nel caso in questione, l'onda sarebbe potuta giungere da una porzione di cielo di circa 1200 gradi quadrati. Una superficie enorme, in cui è estremamente difficile andare a cercare qualcosa.
La situazione, da questo punto di vista, dovrebbe migliorare drammaticamente quando sarà pienamento operativo nella sua versione avanzata Virgo, il gemello europeo di LIGO, che combinando le sue antenne con quelle degli interferometri già presenti, consentirà una localizzazione spaziale estremamente precisa.
Un ulteriore aspetto interessante della storia sta nel fatto che questo tipo di scoperte, oltre a costituire ennesime conferme della Relatività Generale, consente una descrizione di tipo particellare della forza di gravità, esattamente come avviene per le altre tre forze fondamentali. Ad esempio, nel caso della forza elettromagnetica, sappiamo che questa è trasmessa da particelle che chiamiamo fotoni. Nel caso della forza gravitazionale si parla di gravitoni, e grazie a questo evento, gli autori dell'articolo sono riusciti a misurarne l'ipotetica massa, stimata in 7,7x10-23 eV/c2 (per darvi un'idea, un protone ha una massa di circa 1 GeV/c2).
Concludendo, nonostante i passi avanti gli scienziati necessitano di ulteriori dati per capire in via definitiva come si forma una coppia di buchi neri che poi finiscono per fondersi: l'aspettativa è che un giorno la rilevazione di onde gravitazioni diventi una routine, in modo da avere una quantità tale di dati da consentire di testare differenti teorie.
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 leggete la storia di LIGO e del "suono" dei buchi neri raccontata con maestria nel libro Il blues dei buchi neri.