Sette miliardi di anni fa, due grandi buchi neri si sono schiantati e ne hanno formato uno nuovo e massiccio. È la più grande collisione di un buco nero mai rilevata nello spazio, e il nuovo buco nero formatosi nello schianto è il più grande del suo genere mai rilevato. È così grande, infatti, che i fisici non erano sicuri che potesse esistere.
Le increspature di questa collisione hanno colpito i due rilevatori del Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti e un altro in Italia chiamato il 21 maggio 2019, dopo aver viaggiato nello spazio per 2,5 miliardi di d anni più vecchi del sole. Queste increspature hanno rivelato i segni della fusione di almeno due buchi neri: uno un buco nero 85 volte la massa del sole e l’altro 66 volte la massa del sole. Quando si sono scontrati, hanno formato un buco nero 142 volte la massa del sole. I nove soli mancanti nella materia sono stati convertiti in energia durante la collisione, scuotendo l’universo abbastanza da permettere a LIGO e Virgo di rilevare e interpretare. Ed è così che gli scienziati hanno appreso che possono esistere 85 buchi neri di massa solare e 142 buchi neri di massa solare mostruosa.
“Questo [signal] non suona molto come un tweet, che è ciò che di solito rileviamo “, ha detto in una dichiarazione Nelson Christensen, membro di Virgo Collaboration.” È più qualcosa che va ‘bang’.
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Questo “botto” ha scosso la nostra regione dello spazio solo per circa un decimo di secondo dopo aver viaggiato per un periodo di tempo più lungo di qualsiasi onda gravitazionale mai rilevata prima. Ma analizzando la forma dell’onda, i ricercatori hanno capito il tipo di buchi neri coinvolti e la loro dimensione esatta. .
Come riportato in precedenza da WordsSideKick.com, fino ad ora, i buchi neri si dividevano in due categorie: buchi neri di massa stellare e buchi neri supermassicci.
I buchi neri di massa stellare, formati dal collasso delle stelle, non diventano molto più grandi di poche decine di volte la massa del sole. Questi sono i buchi neri che LIGO e Virgo avevano precedentemente rilevato come fusione.
All’altra estremità dello spettro ci sono buchi neri supermassicci, con masse milioni o miliardi di volte quella del nostro sole e gravità crescono intere galassie intorno a loro. La Via Lattea ne ha una, come la maggior parte delle altre galassie comparabili. Ma gli scienziati non sanno da dove vengono o come si sono formati; non hanno mai rilevato una fusione così mostruosa di buchi neri.
Tra supermassivi e buchi neri di massa stellare c’è un ampio “divario di massa”, una gamma di masse in cui non sono mai stati rilevati buchi neri. Un’idea è che i supermassivi si sviluppino da fusioni di buchi neri di massa stellare. Ma se è così, dovranno passare attraverso quel range di massa. I buchi neri di massa stellare si combinano per formare buchi neri dello spazio di massa, che si combinano e si combinano fino a diventare supermassicci. Ma finora gli scienziati non l’hanno mai visto accadere.
“Uno dei grandi misteri dell’astrofisica è ‘Come si formano i buchi neri supermassicci? “”, Coautore dello studio Christopher Berry, fisico presso la Northwestern University, ha detto in un comunicato stampa. “Questi sono i milioni di elefanti di massa solare nella stanza. Crescono da buchi neri di massa stellare, che nascono quando una stella collassa, o sono nati con mezzi sconosciuti? Abbiamo studiato un buco nero di massa intermedia per colmare il divario tra buchi neri di massa stellare e supermassicci. Ora abbiamo la prova che esistono buchi neri di massa intermedia “.
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Questa scoperta ha effettivamente rivelato che i buchi neri possono esistere in due spazi di massa separati. Il buco nero di 85 masse solari si inserisce nello spazio della “instabilità di coppia”.
Le stelle più leggere non collassano in buchi neri perché la pressione verso l’esterno dei fotoni e del gas nei loro nuclei li mantiene gonfiati a grandi volumi, dicono i ricercatori. Ma a masse molto grandi, l’energia nel nucleo di una stella converte i fotoni in coppie di elettroni e antielettroni, che insieme producono meno pressione dei fotoni. Ciò significa che quando la stella collassa, il processo è così veloce ed energico che gran parte della massa viene spazzata via nello spazio. Pertanto, una stella di 130 masse solari può collassare e formare un buco nero di 66 masse solari.
Questo divario di “instabilità di coppia” va da 66 masse solari a 120 masse solari – un intervallo in cui i calcoli teorici suggeriscono che nessun buco nero potrebbe formarsi direttamente da una stella che collassa. Il buco nero di 85 masse solari rilevato nel 2019 rientra esattamente in questo intervallo. La spiegazione più probabile è che si tratti di un buco nero di “seconda generazione”, composto da due progenitori più piccoli. È possibile che il buco nero di massa solare 66 sia anche un tipo di seconda generazione, hanno scritto i ricercatori nello studio.
Il buco nero di 142 massa solare cade in un divario di massa diverso e più ampio. Un buco nero più grande di 120 soli potrebbe teoricamente essersi formato da stelle molto grandi in collasso. Ma nessun buco nero di questo intervallo è mai stato rilevato e fino ad ora i ricercatori non erano sicuri che i buchi neri di questa massa potessero esistere, indipendentemente dalla loro formazione. Ma questo nuovo buco nero di 142 masse solari si trova esattamente in questo intervallo, tra masse stellari e supermassive. Ciò dimostra che possono esistere buchi neri di questa massa.
Ed è ancora possibile, hanno scritto i ricercatori, che questo segnale potrebbe non rivelare buchi neri molto grandi come ipotizzato dai ricercatori.
“E se qualcosa di completamente nuovo producesse queste onde gravitazionali?” Vicky Kalogera, un altro ricercatore del Nord Ovest, ha detto nella dichiarazione del Nord Ovest. “È una prospettiva allettante. … Ad esempio, forse onde gravitazionali sono state emesse da una stella che collassa nella nostra galassia. Il segnale potrebbe anche provenire da una catena cosmica prodotta subito dopo il rigonfiamento. dell’universo nei suoi primi momenti, sebbene nessuna di queste possibilità esotiche corrisponda ai dati così come a una fusione binaria “.
L’astronomia delle onde gravitazionali è ancora così nuova che è impossibile esserne sicuri. Mentre LIGO, Virgo e futuri rilevatori raccolgono più dati su nuovi eventi, hanno scritto i ricercatori, il quadro dovrebbe diventare più chiaro. E questo evento, con la sua promessa di buchi neri molto grandi, potrebbe alla fine diventare più facile da spiegare.
Un articolo che descrive la scoperta è stato pubblicato oggi (2 settembre) sulla rivista Lettere per esami fisici. Un altro articolo che esplora le sue implicazioni è stato pubblicato anche oggi in Lettere dalla rivista astrofisica.
Originariamente pubblicato su WordsSideKick.com.
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