Nel febbraio 2016, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ha fatto la storia annunciando il primo rilevamento delle onde gravitazionali. Queste increspature nello spaziotempo, previste dalla relatività generale di Einstein, si verificano quando oggetti massicci come buchi neri e stelle di neutroni collidono. Da allora, gli scienziati hanno registrato numerosi eventi gravitazionali, trasformando le onde gravitazionali in un fenomeno quasi quotidiano. Recentemente, un team internazionale guidato dall’Università di Cardiff ha fatto una scoperta significativa riguardo a un sistema binario di buchi neri che potrebbe cambiare la nostra comprensione della fisica.
Un sistema binario osservato nel dettaglio
Il team ha esaminato un sistema binario di buchi neri già identificato nel 2020 dagli osservatori LIGO, Virgo e KAGRA. Durante l’analisi dell’evento noto come GW200129, i ricercatori hanno notato una precessione nelle orbite dei due buchi neri che era dieci miliardi di volte più veloce rispetto ad altre osservazioni simili. Questa è la prima volta che si registra una precessione orbitale in sistemi composti da buchi neri e rappresenta una conferma importante delle teorie previste dalla relatività generale.
I buchi neri binari sono considerati ideali per lo studio delle onde gravitazionali poiché si ritiene che molti siano soggetti a questo fenomeno orbitale. In genere, i due oggetti massicci ruotano uno attorno all’altro in orbite sempre più strette fino alla loro fusione finale. Tuttavia, finora non era stata trovata evidenza chiara della precessione orbitale nei 84 sistemi già rilevati da LIGO e Virgo.
La rotazione sorprendente del buco nero
Uno dei due buchi neri coinvolti nel sistema GW200129 pesa circa 40 masse solari ed è stato identificato come quello con la rotazione più rapida mai registrata attraverso le onde gravitazionali. Questo movimento accelera così tanto lo spaziotempo circostante da generare oscillazioni significative nell’intero sistema; questo effetto è noto come Frame Dragging o “effetto Lense-Thirring”. Si tratta di un fenomeno previsto dalla relatività generale dove forze gravitative così intense influenzano il tessuto stesso dello spaziotempo.
Un esempio analogo nella nostra galassia è l’orbita eccentrica del pianeta Mercurio attorno al Sole; anche qui si verifica una leggera precessione del suo perielio dovuta agli effetti della relatività generale. Nella maggior parte dei casi astronomici però questi effetti sono talmente deboli da risultare difficili da misurare senza strumenti altamente sensibili.
Conferma della precessione nei sistemi binari
La sfida principale per il team è stata confermare che i due buchi neri stessero effettivamente sperimentando questa forma particolare di precessione prima della loro fusione finale – evento considerato tra i più estremi mai osservati dagli astronomi. Il caso specifico del GW200129 mostra quanto possa essere potente questo effetto: mentre altre pulsar richiedono decenni per completare le loro orbite e mostrano segnali deboli rispetto alla velocità con cui questi due corpi celesti ruotano tra loro.
Questa scoperta non solo dimostra l’esistenza della precessione nei sistemi binari ma offre anche nuove opportunità agli scienziati per esplorare ulteriormente le leggi fisiche sotto condizioni estreme attraverso l’astronomia delle onde gravitazionali.
Prospettive future sulla ricerca dei buchi neri
Attualmente la rete composta dai rivelatori Advanced LIGO, Virgo e KAGRA sta subendo aggiornamenti significativi volti a migliorare la sensibilità degli strumenti ai futuri eventi cosmici previsti dal quarto ciclo operativo , programmato per iniziare nel 2023. Con queste migliorie ci si aspetta che centinaia di collisioni tra banchi vengano identificate e catalogate permettendo così agli astronomi non solo d’approfondire ulteriormente lo studio delle onde gravitazionali ma anche d’indagare se eventi estremamente rapidi come quelli osservati con GW200129 siano anomalie o situazioni comuni nell’universo.