Per la prima volta, gli astronomi hanno visto un lampo di luce dalla collisione di due buchi neri. Gli oggetti si incontrarono e si unirono a 7,5 miliardi di anni luce di distanza, in un vortice di materia calda e vorticosa che circondava un buco nero più grande e supermassiccio.
Questo mulinello è chiamato disco di accrescimento e orbita attorno all’orizzonte degli eventi di un buco nero – il punto dopo il quale la gravità è così potente che nemmeno la luce può sfuggire.
Ecco perché gli scienziati non hanno mai visto scontrarsi due buchi neri. In assenza di luce, possono identificare tali fusioni solo rilevando le loro onde gravitazionali – increspature nello spazio-tempo create dalle collisioni di oggetti enormi.
l’impressione di un artista di un buco nero supermassiccio che ruota rapidamente circondato da un disco di accrescimento. Le caratteristiche principali dei buchi neri sono etichettate in rosso.
Albert Einstein predisse per primo il fenomeno, ma non pensava che le onde gravitazionali sarebbero mai state rilevate. Sembravano troppo deboli per essere captati sulla Terra tra tutto il rumore e le vibrazioni. Per 100 anni, sembrava che Einstein avesse ragione. Ma nel 2015, un paio di macchine a Washington e in Louisiana hanno rilevato le loro prime onde gravitazionali : segnali dalla fusione di due buchi neri a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza.
La scoperta ha aperto un nuovo campo dell’astronomia e ha vinto un premio Nobel per la fisica per i ricercatori che hanno contribuito a concepire il progetto, chiamato Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Ora, per la prima volta, gli scienziati hanno abbinato una collisione del buco nero che LIGO ha rilevato a un’eruzione di luce – qualcosa che in precedenza sembrava impossibile, poiché i buchi neri non emettevano luce.
un’animazione mostra due buchi neri che si fondono in un grande buco nero.
I ricercatori pensano che, una volta che i due buchi neri si sono uniti, la forza della collisione ha spinto il buco nero appena formato a penetrare attraverso il gas del disco di accrescimento attorno al buco nero più grande. “È la reazione del gas a questo proiettile che accelera che crea un bagliore luminoso, visibile con i telescopi“, ha detto Barry McKernan, un astronomo del team del California Institute of Technology che ha catturato la luce, in un comunicato stampa.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Physical Review Letters giovedì. Si aspettano di vedere un altro bagliore dallo stesso buco nero tra qualche anno, quando dovrebbe rientrare nel disco di accrescimento del buco nero supermassiccio.
“Il motivo alla ricerca di razzi come questo è così importante è che aiuta enormemente con le domande di astrofisica e cosmologia. Se possiamo farlo di nuovo e rilevare la luce dalle fusioni di altri buchi neri, allora possiamo inchiodare le case di questi buchi neri e saperne di più sulle loro origini “, ha detto il comunicato il co-autore Mansi Kasliwal, assistente professore di astronomia presso la Caltech.
Un bagliore ‘spettacolare’ coincide con le onde gravitazionali. Sia LIGO, che consiste di due rivelatori di onde gravitazionali negli Stati Uniti, sia la sua controparte italiana, la Vergine, hanno rilevato i disturbi nello spazio e nel tempo a maggio 2019. Pochi giorni dopo, i telescopi dell’Osservatorio Palomar vicino a San Diego hanno osservato un lampo luminoso di luce proveniente dallo stesso punto del cosmo. Mentre i ricercatori della Caltech in seguito guardavano indietro attraverso i filmati d’archivio di quella regione del cielo, notarono il chiarore. La luce è stata lentamente sbiadita per oltre un mese. La cronologia e la posizione erano allineate alle osservazioni di LIGO. “Questo buco nero supermassiccio stava sussultando per anni prima di questo bagliore più improvviso“, ha detto Matthew Graham, professore di astronomia alla Caltech e autore principale dello studio.
“Nel nostro studio, concludiamo che il bagliore è probabilmente il risultato di una fusione del buco nero, ma non possiamo escludere completamente altre possibilità.” I ricercatori, tuttavia, hanno escluso la possibilità che questa luce provenga da esplosioni di routine nel disco di accrescimento del buco nero supermassiccio. Questo perché il disco era relativamente calmo da i 15 anni precedenti questa recente riacutizzazione. “I buchi neri supermassicci come questo hanno bagliori in continuazione. Non sono oggetti silenziosi, ma i tempi, le dimensioni e la posizione di questo bagliore sono stati spettacolari“, ha detto Kasliwal.
questa simulazione di supercomputer mostra uno degli eventi più violenti nell’universo: una coppia di stelle di neutroni che si scontrano, si fondono e formano un buco nero.
Entrambi gli esperimenti di LIGO e la Vergine consistono in due bracci di 2,5 miglia di lunghezza (4 chilometri di lunghezza). Il rilevatore spara un raggio laser e lo divide in due. Uno di quei raggi divisi viene inviato lungo un tubo lungo 2,5 miglia, mentre l’altro scende lungo il tubo identico e perpendicolare. I raggi rimbalzano dagli specchi e poi convergono di nuovo vicino allo splitter. Quando tutto è fermo, le onde luminose ritornano alla stessa lunghezza e si allineano in modo tale da annullarsi a vicenda verso il rivelatore.
Ma quando un’onda gravitazionale colpisce la Terra, si deforma lo spaziotempo – allungando brevemente un tubo più lungo e l’altro più corto. Questa distorsione ritmica di stiramento e compressione continua fino al passaggio dell’onda. Quando ciò accade, le due onde di luce non finiscono per convergere a uguale lunghezza, quindi non si neutralizzano a vicenda. Ciò porta il rilevatore a registrare alcuni lampi di luce. Misurare questi cambiamenti di luminosità consente quindi ai fisici di rilevare e osservare le onde gravitazionali che attraversano la Terra.
È così che gli osservatori hanno rilevato la fusione di due stelle di neutroni nell’ottobre 2017, nonché quello che ritengono fosse un buco nero che ingoiava una stella di neutroni nell’agosto 2019. Complessivamente, gli osservatori hanno rilevato probabili onde gravitazionali più di 30 volte. Un nuovo osservatorio delle onde gravitazionali aiuterà più telescopi a individuare le collisioni violente nello spazio.
Gli scienziati si aspettano ulteriori scoperte come questa nei prossimi anni, dopo che un nuovo osservatorio sulle onde gravitazionali chiamato Kamioka Gravitational-Wave Detector (KAGRA) è online. Con l’aiuto di KAGRA, gli scienziati di LIGO e Virgo si aspettano di restringere la posizione di collisioni di massa con una precisione tre volte maggiore. Ciò renderebbe molto più semplice per i telescopi confermare le collisioni responsabili delle onde gravitazionali e individuare la luce che emettono.
La nuova rete globale potrebbe in definitiva rilevare 100 collisioni all’anno, Vicky Kalogera , un astrofisico della Northwestern University e LIGO, in precedenza aveva detto a Business Insider. Poiché la crescente rete globale di onde gravitazionali rileva sempre più collisioni con crescente precisione, gli scienziati saranno in grado di conoscere meglio la natura di queste massicce fusioni.
Fonte: sciencealert.com
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