Il buco nero che non doveva esserci

Courtesy of LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration.

Il 21 maggio 2019 gli interferometri LIGO e Virgo hanno captato un segnale molto particolare: un'onda gravitazionale osservata per appena un decimo di secondo. Un "tonfo" cosmico, che preannunciava grandi novità. L'evento, ribattezzato GW190521, ci ha portato un messaggio partito circa 7 miliardi di anni fa, quando due buchi neri legati in un sistema binario si sono fusi in un abbraccio fatale, generando un buco nero più grande. E fin qui nulla di nuovo. Sistemi siffatti sono stati osservati più volte da LIGO e Virgo dopo la prima, storica rivelazione del 14 settembre 2015. Dov'è dunque la sorpresa ?

Confrontando la forma d’onda osservata con quella attesa per sistemi di questo genere, a partire dalle equazioni di Einstein possiamo calcolare i principali parametri del sistema, e tra questi ci sono le masse dei vari buchi neri. Nel caso di GW190521 sappiamo così che i due buchi neri primari avevano massa di 66 e 85 masse solari, quello finale di 142 masse solari. La prima cosa che salta agli occhi è che si tratta del sistema più massiccio rivelato finora da Virgo e LIGO. La seconda è che nella fusione dei buchi neri la massa non si conserva (e questo non sorprende) e ben 9 masse solari (M_sun) "scompaiono", convertite in energia sotto forma di onde gravitazionali.

Ma, a ben guardare, in questo evento c’è molto altro. Fino ad adesso conoscevamo buchi neri "stellari", che si sono formati cioè nel collasso di una stella molto grande e che hanno una massa fino a qualche decina di masse solari. Oppure buchi neri supermassicci, con masse milioni o miliardi di volte superiori a quella del Sole. Questo è il primo buco nero di massa intermedia mai osservato nell’intervallo 100-1000 M_sun, ed è la prova che buchi neri siffatti esistono: osservare un buco nero da 142 M_sun è dunque una notevole scoperta.

E c'è ancora di più. La teoria dell'evoluzione stellare non ammette l'esistenza di un buco nero da 85 M_sun. O meglio, non ammette che possa formarsi da un collasso stellare. Questo buco nero cade infatti nel cosiddetto "pair instability gap". Come si è formato? Potrebbe a sua volta essere stato generato dalla fusione di due buchi neri più piccoli, ma questa ipotesi richiede una regione di cosmo molto affollata da buchi neri. Esistono altre spiegazioni possibili, ma ciascuna di esse ha bassa probabilità di realizzarsi. Gli astrofisici potranno dunque sbizzarrirsi a studiare a fondo la natura di GW190521.

GW190521 è l'ultimo evento pubblicato da LIGO e Virgo. Ma l'analisi sui dati della campagna di osservazione denominata O3 è ancora in corso e nuove sorprese sono possibili. Molti anni fa, quando ero ancora un suo laureando e Virgo non era neppure un esperimento approvato, Adalberto Giazotto, il padre del progetto, ripeteva: "Con questi rivelatori apriremo una nuova finestra sull'universo". Ci sono voluti tempo, fatica e visione di lungo termine, ma è accaduto davvero. GW190521 è solo l'ultima gemma estratta da un tesoro nascosto in quella parte di universo oscuro da cui non ci arriva luce, ma la cui indagine è essenziale per capire la natura del cosmo.

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