I ricercatori sulle onde gravitazionali dell'Università di Birmingham hanno sviluppato un nuovo modello che potrebbe aiutare gli astronomi a rintracciare l'origine dei sistemi di buchi neri pesanti nell'Universo.

I buchi neri si formano in seguito al collasso di stelle e forse alle esplosioni di supernova. Questi oggetti colossalmente densi sono misurati in termini di masse solari (M _? ) - la massa del nostro sole.

Tipicamente, le stelle formeranno solo buchi neri con masse fino a 45 M _? . Questi sistemi quindi si accoppiano e si fondono insieme, producendo onde gravitazionali osservate dai rivelatori LIGO e Virgo.

collasso stellare, però, causa instabilità che impediscono la formazione di buchi neri più pesanti, quindi è necessario un nuovo modello per spiegare l'esistenza di sistemi binari di buchi neri con masse maggiori di circa 50 M _? .

Si pensa che questi oggetti siano formati da buchi neri binari che sono poi andati a fondersi con altri buchi neri. Gli scienziati ritengono che questi buchi neri di "prossima generazione", costituiti dalla fusione dei loro "genitori", potrebbero essere i buchi neri più pesanti osservabili da LIGO e Virgo.

In un nuovo studio, pubblicato in Revisione fisica D Comunicazioni rapide, ricercatori dell'Istituto per l'astronomia delle onde gravitazionali dell'Università di Birmingham, suggeriscono che rilevamenti futuri di più generazioni di fusioni di buchi neri ci permetterebbero di capire il loro luogo di nascita. Hanno prodotto nuovi calcoli che potrebbero aiutare gli astronomi a comprendere meglio queste fusioni e dove trovarle.

"Gli ammassi stellari—gruppi di stelle legate insieme dalla gravità—potrebbero agire come 'vivaio' di buchi neri, fornendo un ambiente ideale per far crescere generazioni di buchi neri, " spiega il Dott. Davide Gerosa, autore principale dell'articolo. "Ma per sapere quale tipo di ammassi stellari è più probabile che sia in grado di produrli, dobbiamo prima sapere qualcosa sulle condizioni fisiche che sarebbero necessarie".

Il team crede di aver trovato parte della soluzione a questo enigma calcolando la probabile "velocità di fuga" che un ammasso deve avere per essere in grado di ospitare un buco nero con una massa superiore a 50 M _? . La velocità di fuga è la velocità alla quale un oggetto dovrebbe viaggiare per sfuggire all'attrazione gravitazionale. Ad esempio, un razzo che lascia la Terra dovrebbe viaggiare a 11 km/s (25, 000 mph) per entrare in orbita.

Quando si uniscono, i buchi neri ricevono rinculo o calci. Proprio come una pistola rincula quando viene sparato un proiettile, i buchi neri si ritirano quando vengono emesse onde gravitazionali. La prossima generazione di buchi neri può formarsi solo se i loro genitori non sono stati "espulsi" dall'ammasso, cioè solo se la velocità di fuga del cluster è abbastanza grande.

Il team ha calcolato che osservando buchi neri con massa superiore a 50 M _? suggerirebbe che l'ammasso in cui vivevano avesse una velocità di fuga maggiore di circa 50 km/s.

Co-autore Professor Emanuele Berti della Johns Hopkins University, spiega:"Le osservazioni delle onde gravitazionali forniscono un'opportunità senza precedenti per comprendere le impostazioni astrofisiche in cui si formano ed evolvono i buchi neri. Un evento molto massiccio indicherebbe un ambiente denso con una grande velocità di fuga".

Dove potresti trovare questi tipi di ammassi densi? Molte previsioni per LIGO e Virgo finora si sono concentrate su "ammassi globulari", raccolte sferiche di circa un milione di stelle strettamente legate insieme alla periferia delle galassie. La loro velocità di fuga, però, è troppo basso. Questo nuovo studio rileva che è improbabile che gli ammassi globulari ospitino più generazioni di buchi neri. Gli astronomi dovranno guardare più lontano:ammassi stellari nucleari, trovati verso il centro di alcune galassie sono abbastanza densi e potrebbero fornire il tipo di ambiente necessario per produrre questi oggetti.

"L'astronomia delle onde gravitazionali sta rivoluzionando la nostra comprensione dell'Universo, " afferma il dottor Gerosa. "Stiamo tutti aspettando i risultati imminenti di LIGO e Virgo per mettere alla prova queste e altre previsioni astrofisiche".