Come la collaborazione LIGO‑Virgo‑KAGRA ha osservato fusioni di buchi neri di “seconda generazione”

In un articolo pubblicato oggi, la collaborazione internazionale LIGO-Virgo-KAGRA ha annunciato la rilevazione di due eventi di onde gravitazionali avvenuti nell’ottobre e nel novembre dello scorso anno, che mostrano proprietà mai osservate prima. Le onde gravitazionali sono increspature dello spaziotempo generate da eventi estremi come la fusione di buchi neri. Grazie all’analisi dei segnali — tramite sofisticati algoritmi e modelli — è possibile estrarre informazioni su massa, distanza, spin (rotazione attorno all’asse) degli oggetti coinvolti.

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Nel dettaglio, i due segnali in questione sono denominati GW241011 (11 ottobre 2024) e GW241110 (10 novembre 2024). Nel caso di GW241011 è stata stimata una distanza di circa 700 milioni di anni-luce e la fusione riguardava due buchi neri con masse pari a circa 17 e 7 volte quella del Sole. Il buco nero più massiccio risulta tra quelli con spin più elevato mai osservati. Per GW241110, invece, la stima è una distanza di circa 2,4 miliardi di anni-luce e masse pari a circa 16 e 8 masse solari. In questo secondo caso, il buco nero primario presenta rotazione in direzione opposta all’orbita del sistema, configurazione finora non documentata.

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Entrambi gli eventi sono interpretati come possibili fusioni di buchi neri di “seconda generazione” (ossia derivanti dall’unione di buchi neri già risultati da precedenti fusioni). Gli indizi che portano a questa interpretazione includono: un forte sbilanciamento nella massa dei due buchi (il componente più grande quasi il doppio del più piccolo); spin elevato, e soprattutto nel caso di GW241110 una rotazione antiallineata rispetto all’orbita. Tali caratteristiche sono coerenti con scenari dinamici in ambienti stellari densi (ammassi globulari o nuclei galattici), dove i buchi neri possono ripetutamente unirsi (“fusione gerarchica”).

Dal punto di vista procedurale, la collaborazione ha sottolineato che questi risultati sono frutto sia della continua attività di rilevazione durante le campagne della rete LIGO-Virgo-KAGRA, sia della costante evoluzione dei modelli analitici per segnali altamente rotanti. I dati derivanti da GW241011 sono stati confrontati con la soluzione di rotazione per i buchi neri di Roy Kerr, confermando con elevata precisione come la fusione risponda alle leggi della relatività generale.

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Le implicazioni scientifiche sono molteplici:

• consentono di comprendere meglio la popolazione di sistemi binari di buchi neri e la loro evoluzione in ambienti densi;

• forniscono un banco di prova per testare la relatività generale in condizioni estreme;

• aprono la strada a studi su fisica fondamentale, ad esempio riguardo alla presenza di particelle ultraleggere che potrebbero estrarre energia dal buco nero in rapida rotazione.

In conclusione, le osservazioni anticipate da GW241011 e GW241110 rappresentano un passo significativo nell’osservazione delle onde gravitazionali e nella comprensione della vita dei buchi neri. Grazie al lavoro congiunto della rete globale LIGO-Virgo-KAGRA, la frontiera dell’astronomia gravitazionale si spinge verso configurazioni sempre più complesse e informative.

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