L'universo ha appena rivelato uno dei suoi segreti più profondi attraverso le onde gravitazionali generate dalla collisione di due buchi neri, offrendo la conferma più chiara mai ottenuta delle teorie fondamentali di Einstein e Hawking. A dieci anni dalla prima storica rilevazione di queste increspature nel tessuto dello spazio-tempo, gli scienziati sono riusciti a catturare con una precisione senza precedenti il "suono" prodotto quando due giganti cosmici si fondono in un unico oggetto. Il risultato va oltre le aspettative: non solo conferma predizioni teoriche elaborate decenni fa, ma apre una finestra completamente nuova sulla natura quantistica della realtà.
La precisione che cambia tutto
Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), insieme ai suoi colleghi europei e giapponesi Virgo e KAGRA, ha registrato la formazione di un buco nero dalla massa equivalente a 63 soli, che ruota su se stesso alla velocità impressionante di 100 giri al secondo. Ma ciò che rende questa scoperta rivoluzionaria non sono solo i numeri, bensì la qualità delle misurazioni ottenute.
"I nuovi buchi neri sono quasi gemelli della prima storica rilevazione del 2015", spiega Maximiliano Isi, astrofisico del Flatiron Institute di New York e della Columbia University, "ma gli strumenti sono molto migliori, quindi riusciamo ad analizzare il segnale in modi che semplicemente non erano possibili dieci anni fa."
Dieci millisecondi che valgono una teoria
La vera svolta è arrivata nell'analisi dei momenti finali della collisione. Per la prima volta, i ricercatori sono riusciti a isolare e studiare con precisione le vibrazioni residue del buco nero appena formato, quelle che persistono per appena dieci millisecondi dopo la fusione. Questo breve intervallo di tempo, che potrebbe sembrare insignificante, ha permesso di confermare una delle predizioni più eleganti della fisica teorica.
Nel 1963, il fisico Roy Kerr aveva dimostrato matematicamente che i buchi neri sono oggetti di una semplicità straordinaria: possono essere descritti completamente utilizzando solo due parametri, la massa e la rotazione. I nuovi dati confermano questa teoria in modo inequivocabile.
L'eredità teorica di Hawking trova conferma
Le misurazioni hanno anche permesso di testare il teorema dell'area di Hawking, una delle intuizioni più profonde del celebre fisico britannico. Secondo questa teoria, l'orizzonte degli eventi di un buco nero - quella linea invisibile oltre la quale nemmeno la luce può tornare indietro - può solo crescere, mai diminuire. Stephen Hawking stesso, dopo la prima rilevazione del 2015, si era chiesto se fosse possibile utilizzare le onde gravitazionali per confermare la sua teoria, pur ritenendo l'impresa quasi impossibile.
La risposta è arrivata ora, con una precisione quattro volte superiore rispetto ai tentativi precedenti. I risultati pubblicati su Physical Review Letters dalla collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA non solo confermano il teorema di Hawking, ma stabiliscono un collegamento fondamentale con il secondo principio della termodinamica.
Quando la fisica incontra la filosofia dell'universo
Come campane di dimensioni e materiali diversi producono suoni caratteristici quando vengono colpite, così le collisioni di buchi neri generano "toni" gravitazionali specifici che rivelano le proprietà degli oggetti coinvolti. Gli strumenti di LIGO funzionano come orecchie cosmiche ultra-sensibili, capaci di rilevare variazioni nella lunghezza di un percorso laser causate dal passaggio delle onde gravitazionali.
Will Farr, co-autore dello studio e professore alla Stony Brook University, sottolinea l'importanza di questa capacità di "ascolto": "Sentire i toni emessi da questi buchi neri rappresenta la nostra migliore speranza per comprendere le proprietà degli spazi-tempi estremi che producono."
Il futuro dell'astronomia gravitazionale
Le implicazioni di questa ricerca si estendono ben oltre la conferma di teorie esistenti. La connessione tra l'orizzonte degli eventi e l'entropia termodinamica apre prospettive completamente nuove per la gravità quantistica, il santo graal della fisica moderna che cerca di unificare la relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica.
Nel prossimo decennio, i rivelatori dovrebbero diventare dieci volte più sensibili di quelli attuali, permettendo test ancora più rigorosi delle caratteristiche dei buchi neri. "Per così tanto tempo questo campo è stata pura speculazione matematica e teorica", riflette Isi, "ma ora siamo nella posizione di vedere realmente questi processi straordinari in azione, il che evidenzia quanto progresso c'è stato - e continuerà a esserci - in questo campo."