I rilevatori di onde gravitazionali stanno trovando fusioni di buchi neri nell'universo al ritmo di una alla settimana. Se queste fusioni avvengono nello spazio vuoto, i ricercatori non possono vedere la luce associata necessaria per determinare dove sono accaduti. Però, un nuovo studio in Le Lettere del Giornale Astrofisico , guidato da scienziati dell'American Museum of Natural History e della City University of New York (CUNY), suggerisce che i ricercatori potrebbero finalmente essere in grado di vedere la luce delle fusioni di buchi neri se le collisioni avvengono in presenza di gas.

"Con una firma leggera, gli astronomi potrebbero facilmente individuare la posizione cosmica di queste fusioni e studiarle in modo molto più dettagliato di quanto sia attualmente possibile, ", ha affermato l'autore dell'articolo Barry McKernan, ricercatore associato presso il Dipartimento di Astrofisica del Museo e professore presso il Borough of Manhattan Community College, CUNY, e un membro di facoltà presso il Graduate Center della CUNY.

I buchi neri si formano quando muoiono stelle massicce. Proprio come oggetti densi che affondano in un fiume sulla Terra, i buchi neri tendono ad affondare nelle regioni delle galassie dove la gravità è più forte. Si ritiene che un gran numero di buchi neri si accumuli nei centri delle galassie, dove molto più grande, separare, un buco nero supermassiccio è in agguato.

Se i singoli piccoli buchi neri passano abbastanza vicini l'uno all'altro mentre orbitano, la loro gravità reciproca consente loro di accoppiarsi e orbitare l'un l'altro, mentre orbita anche intorno al buco nero supermassiccio centrale. Ma un secondo incontro ravvicinato casuale con un altro piccolo buco nero può facilmente spezzare un simile accoppiamento.

"Così i buchi neri ballano, formazione e rottura di partnership, ma raramente si avvicinano abbastanza l'uno all'altro da fondersi, " ha detto il coautore della carta K.E. Saavik Ford, che è anche ricercatore associato presso il Dipartimento di Astrofisica del Museo e professore presso il Borough of Manhattan Community College, CUNY, e un membro di facoltà presso il Graduate Center della CUNY. "Se avviene una fusione, accadrà nel buio, senza luce associata."

Questa immagine cambia se una grande massa di gas cade sul buco nero supermassiccio centrale. Ciò si tradurrà in un disco di gas luminoso che avvolge molti dei buchi neri che sciamano attorno al buco nero supermassiccio centrale e cambia le loro orbite. Una volta all'interno del disco, il gas tira sui buchi neri, facendoli avvicinare a spirale verso il buco nero supermassiccio centrale. Se i buchi neri più piccoli passano abbastanza vicini l'uno all'altro, il gas li spinge molto rapidamente insieme causando una fusione e uno scoppio di onde gravitazionali che possono essere rilevate dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti e dal rivelatore Virgo con sede in Europa.

Il nuovo lavoro di McKernan, Guado, e collaboratori del California Institute of Technology, Laboratorio di propulsione a getto, Università di Edimburgo, Università della Columbia, e Università della Florida, suggerisce che potrebbe essere possibile vedere l'effetto delle fusioni di buchi neri sul disco di gas. L'idea:una volta che i buchi neri si fondono, in genere sperimentano un calcio ad alta velocità (circa 50 chilometri al secondo/112, 000 miglia orarie). Il gas nelle vicinanze tenta di seguire il prodotto della fusione, ma va a sbattere contro il gas del disco vicino causando una collisione d'urto. Se il disco di gas è abbastanza sottile da lasciar fuoriuscire la luce, il bagliore d'urto può essere rilevabile con le rilevazioni del cielo del telescopio. La probabilità di rilevare il bagliore d'urto contro un disco già luminoso è la migliore per fusioni di buchi neri di grande massa, intorno a buchi neri centrali di massa minore. La scala temporale durante la quale viene rilasciato il bagliore può aiutare gli astronomi a distinguere la fusione dei buchi neri dalle variazioni casuali nel gas del disco.

"LIGO ha aperto questo modo completamente nuovo di farci 'sentire' come due buchi neri si fondono in uno; e se abbiamo ragione, potrebbe esserci un modo per vedere accadere questi eventi altrimenti invisibili, " ha detto il co-autore Nicholas Ross dell'Università di Edimburgo. "Questo avrebbe profonde implicazioni per il modo in cui studiamo i buchi neri e per la cosmologia osservativa".

Il coautore Matthew Graham di Caltech aggiunge:"Abbiamo molti telescopi, come ZTF [Impianto transitorio di Zwicky], ora copre vaste regioni del cielo ogni notte. Se c'è una controparte ottica, dovremmo vederlo; se non ne troviamo nessuno, anche questo ci dice qualcosa di interessante."