Gli ammassi globulari sono spettacolari e pieni di stelle. Possono anche essere l'ambiente perfetto per la fusione ripetuta dei buchi neri. Questo grappolo, situato nella Via Lattea, si chiama NGC 362. ESA/Hubble&NASA

Gli scienziati stanno prendendo familiarità con i buchi neri che urtano nella notte. Già nel 2015, il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (o LIGO) ha fatto la storia rilevando i rumori nello spaziotempo causati dalla collisione di due buchi neri in una galassia lontana, lontano. Questo primo rilevamento ha confermato l'esistenza di buchi neri binari di massa stellare, o quelli nati dalla spettacolare morte di supernova di stelle massicce. Da allora, abbiamo rilevato diverse altre fusioni (più una fusione di stelle di neutroni bonus!).

Ora, nella ricerca pubblicata il 10 aprile 2018, nella rivista Physical Review Letters, i ricercatori suggeriscono che i buchi neri probabilmente si fondono ripetutamente per produrre buchi neri troppo massicci per essere prodotti da una sola stella. E gli ammassi globulari potrebbero essere il quartiere perfetto per la formazione e la fusione di tali oggetti, ancora e ancora.

"Pensiamo che questi ammassi si siano formati con centinaia o migliaia di buchi neri che sono rapidamente sprofondati al centro, " ha detto Carlo Rodriguez, del MIT e dell'Istituto Kavli per l'astrofisica e la ricerca spaziale, in una dichiarazione. "Questi tipi di cluster sono essenzialmente fabbriche per binari di buchi neri, dove ci sono così tanti buchi neri appesi in una piccola regione dello spazio che due buchi neri potrebbero fondersi e produrre un buco nero più massiccio. Allora quel nuovo buco nero potrà trovare un altro compagno e fondersi di nuovo".

LIGO non ha ancora raccolto una di queste "fusioni di seconda generazione". Tutte le fusioni rilevate fino ad oggi hanno coinvolto buchi neri di massa stellare (probabilmente formati da singole stelle massicce). Se in futuro dovessero essere rilevate le onde gravitazionali di un evento di fusione che coinvolge un buco nero di 50 volte la massa del nostro sole, però, questa sarebbe una forte prova per suggerire la ripetuta fusione dei buchi neri. E sarebbe eccitante.

"Se aspettiamo abbastanza a lungo, poi alla fine LIGO vedrà qualcosa che potrebbe provenire solo da questi ammassi stellari, perché sarebbe più grande di qualsiasi cosa tu possa ottenere da una singola stella, " ha aggiunto Rodriguez.

La maggior parte delle galassie ospita ammassi globulari, con più ammassi trovati in galassie più grandi. Perciò, massicce galassie ellittiche possono ospitare decine di migliaia di ammassi, considerando che la Via Lattea ne ha circa 200, con il più vicino situato 7, 000 anni luce dalla Terra. Questi ammassi contengono stelle antiche tutte stipate in un piccolo volume, quindi le condizioni sono mature affinché tutti i buchi neri all'interno di questi ammassi cadano al centro e si accolgano con qualsiasi altro buco nero che potrebbe essere in agguato.

Questa visualizzazione di un buco nero illustra come la sua gravità distorce la nostra vista, deformando i suoi dintorni come se fosse visto in uno specchio di carnevale. Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy Schnittman

Se due buchi neri si avvicinano l'uno all'altro dopo essere caduti da diverse parti di un ammasso, i calcoli relativi alla relatività suggeriscono che emetteranno onde gravitazionali, assorbendo così energia dal loro movimento attraverso l'ammasso. Ciò farebbe rallentare i buchi neri e iniziare a spiraleggiare dentro, alla fine stabilirsi in un'orbita binaria l'uno intorno all'altro. Allora il loro destino è segnato. Entrambi i buchi neri continueranno a emettere onde gravitazionali, facendo rimpicciolire la loro orbita fino a quando la coppia non si scontra, fondersi ed eruttare con una potente onda gravitazionale che viaggerebbe alla velocità della luce. Questo buco nero appena fuso rimarrebbe quindi all'interno dell'ammasso in attesa che un altro buco nero si allontani e ricominci la danza binaria ancora una volta.

Però, quando il team di Rodriguez ha eseguito le simulazioni, presumevano che i buchi neri in fusione stessero rapidamente ruotando e i risultati erano, bene, piuttosto balistico.

"Se i due buchi neri ruotano quando si fondono, il buco nero che creano emetterà onde gravitazionali in un'unica direzione preferita, come un razzo, creando un nuovo buco nero che può sparare alla velocità di 5, 000 chilometri al secondo - quindi, follemente veloce, " ha detto Rodriguez. "Ci vuole solo un calcio di forse qualche decina o un centinaio di chilometri al secondo per sfuggire a uno di questi ammassi".

Con questa logica, se i buchi neri uniti vengono espulsi dai cluster, non possono fondersi di nuovo. Ma, dopo aver analizzato lo spin tipico dei buchi neri rilevati da LIGO, il team ha scoperto che lo spin del buco nero è molto più basso, il che significa che ci sono meno possibilità che i cluster lascino liberare i loro buchi neri appena uniti. Dopo aver apportato questa correzione, i ricercatori hanno scoperto che quasi il 20 percento dei sistemi binari di buchi neri avrebbe almeno un buco nero formatosi in una precedente fusione. E secondo il loro calcolo, I buchi neri di seconda generazione dovrebbero avere un intervallo di massa rivelatore compreso tra 50 e 130 masse solari. Non c'è altro modo per produrre buchi neri di questa massa se non fosse per le fusioni.

Così, per ora tocca ai rilevatori di onde gravitazionali del mondo trovare un segnale prodotto da un buco nero di seconda generazione.

Ora è interessante

Si pensa che l'ammasso globulare NGC 362 della Via Lattea abbia tra i 10 e gli 11 miliardi di anni, secondo l'Agenzia spaziale europea. La galassia stessa ha più di 13 miliardi di anni.