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Nascita di un buco nero di massa intermedia

Nascita di un buco nero di massa intermedia

Gli astronomi che utilizzano i rivelatori gemelli LIGO situati a Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington, e il rivelatore Virgo situato vicino a Pisa, in Italia, hanno rilevato onde gravitazionali dalla più massiccia fusione di buchi neri mai scoperti. I due buchi neri rotanti si sono fusi quando l’Universo aveva solo circa 7 miliardi di anni, che è circa la metà della sua età attuale, e ha formato un buco nero più grande del peso di 142 volte la massa del Sole – un cosiddetto nero di massa intermedia buco

Gli astronomi sanno che i buchi neri di massa stellare – buchi neri che vanno da 10 a 100 volte la massa del Sole – sono i resti di stelle morenti e che i buchi neri supermassicci, più di 1.000.000 di volte la massa del Sole, abitano i centri della maggior parte galassie.

Ma sparsi in tutto l’Universo ci sono alcuni apparenti buchi neri di un tipo più misterioso. Questi buchi neri di massa intermedia, che vanno da 100 a 10.000 masse solari, sono così difficili da misurare che persino la loro esistenza è a volte contestata.

L’ultimo buco nero di 142 masse solari prodotto dalla fusione appena scoperta si trova all’interno di questo intervallo di massa intermedio tra i buchi neri di massa stellare e quelli supermassicci.

“Fin dall’inizio, questo segnale, che è lungo solo un decimo di secondo, ci ha sfidato a identificare la sua origine”, ha detto la professoressa Alessandra Buonanno, ricercatrice presso l’Università del Maryland e il Max Planck Institute for Gravitational Physics.

“Ma, nonostante la sua breve durata, siamo stati in grado di far corrispondere il segnale a quello previsto dalle fusioni di buchi neri, come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, e ci siamo resi conto di aver assistito, per la prima volta, alla nascita di un intermedio –buco nero massiccio da un genitore buco nero che molto probabilmente è nato da una precedente fusione binaria. ”

Soprannominato GW190521, il segnale dell’onda gravitazionale è stato rilevato il 21 maggio 2019 alle 03:02:29 UTC.

Proviene da due buchi neri che pesano rispettivamente 85 e 66 volte la massa del Sole.

Il più grande dei due buchi neri è considerato “impossibile”. Gli astronomi prevedono che le stelle tra 65 e 130 masse solari subiscono un processo chiamato instabilità di coppia, con il risultato che la stella viene fatta saltare in aria, senza lasciare nulla dietro.

“La massa del buco nero più grande della coppia lo colloca nella gamma in cui è inaspettato dai normali processi astrofisici”, ha detto il professor Peter Shawhan, uno scienziato presso l’Università del Maryland.

“Sembra troppo massiccio per essersi formato da una stella collassata, da cui generalmente provengono i buchi neri”.

“Il buco nero ‘impossibile’ formato dalla collisione si trova nel deserto del buco nero tra 100 e 1000 volte la massa del Sole”, ha aggiunto la professoressa Susan Scott, ricercatrice presso l’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) a l’Australian National University.

“Siamo molto entusiasti di aver raggiunto la prima osservazione diretta di un buco nero di massa intermedia in questo intervallo di massa”.

“Abbiamo anche visto come si è formato, confermando che i buchi neri di massa intermedia possono essere prodotti attraverso la fusione di due buchi neri più piccoli”.

Il segnale GW190521, simile a circa quattro brevi oscillazioni, era di durata estremamente breve, inferiore a un decimo di secondo.

Da quello che possono dire i ricercatori, è stato generato da una sorgente che dista circa 5 Gpc di distanza, quando l’Universo aveva circa la metà della sua età attuale, il che significa che il segnale ha viaggiato attraverso lo spazio per 7 miliardi di anni prima di raggiungere la Terra.

La sorgente di GW190521 è la sorgente di onde gravitazionali più distante rilevata finora.

“Questo non assomiglia molto a un cinguettio, che è ciò che rileviamo in genere”, ha affermato il dottor Nelson Christensen, ricercatore presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica.

“Questo è più come qualcosa che fa ‘bang’, ed è il segnale più massiccio che LIGO e Virgo abbiano visto.”

Utilizzando la Zwicky Transient Facility, gli astronomi potrebbero aver individuato un bagliore di luce dalla collisione GW190521. Ciò è sorprendente, poiché i buchi neri e le loro fusioni sono normalmente oscuri per i telescopi.

Una teoria è che il sistema potrebbe aver orbitato attorno a un buco nero supermassiccio.

Il buco nero appena formato potrebbe aver ricevuto un calcio dalla collisione, sparando in una nuova direzione e sollevandosi attraverso il disco di gas che circonda il buco nero supermassiccio, facendolo illuminare.

“Ci sono una serie di ambienti diversi in cui questo sistema di due buchi neri potrebbe essersi formato, e il disco di gas che circonda un buco nero supermassiccio è certamente uno di questi”, ha detto il dottor Vaishali Adya, un ricercatore post-dottorato presso l’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) presso l’Australian National University.

“Ma è anche possibile che questo sistema fosse costituito da due buchi neri primordiali che si sono formati nell’Universo primordiale.”

“Ogni osservazione che facciamo della collisione di due buchi neri ci fornisce nuove e sorprendenti informazioni sulla vita dei buchi neri in tutto l’Universo.”

“Stiamo cominciando a riempire le lacune di massa dei buchi neri che in precedenza si pensava esistessero, con buchi neri” impossibili “che sono stati rivelati attraverso le nostre rilevazioni”.

I risultati sono stati pubblicati in due articoli sulla rivista Physical Review Letters e sull’Astrophysical Journal Letters .

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