Gli scienziati stanno familiarizzando con i buchi neri che si muovono di notte. 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 molto, molto lontana. Questa prima rilevazione ha confermato l’esistenza di buchi neri binari di massa stellare, ovvero quelli nati dalla spettacolare morte di supernova di stelle massicce. Da allora, abbiamo rilevato numerose altre fusioni (più una fusione bonus di stelle di neutroni!).

Ora, in una ricerca pubblicata il 10 aprile 2018 sulla rivista Physical Review Letters, i ricercatori suggeriscono che i buchi neri probabilmente si fondono ripetutamente per produrre buchi neri che sono troppo massicci per essere prodotti da una sola stella. E gli ammassi stellari 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 affermato Carl Rodriguez, del MIT e del Kavli Institute for Astrofisica e Ricerca Spaziale, in una nota. "Questi tipi di ammassi sono essenzialmente fabbriche di buchi neri binari, dove ci sono così tanti buchi neri in una piccola regione di spazio che due buchi neri potrebbero fondersi e produrre un buco nero più massiccio. Quindi quel nuovo buco nero può trova un altro compagno e uniscilo di nuovo."

LIGO non ha ancora individuato una di queste "fusioni di seconda generazione". Tutte le fusioni rilevate fino ad oggi hanno coinvolto buchi neri di massa stellare (quelli probabilmente formati da singole stelle massicce). Se in futuro venissero rilevate le onde gravitazionali derivanti da un evento di fusione che coinvolgesse un buco nero di 50 volte la massa del nostro Sole, ciò costituirebbe una prova evidente per suggerire la ripetuta fusione di buchi neri. E sarebbe emozionante.

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

La maggior parte delle galassie ospita ammassi globulari, con un numero maggiore di ammassi trovati nelle galassie più grandi. Pertanto, le galassie ellittiche massicce possono ospitare decine di migliaia di ammassi, mentre la Via Lattea ne ha circa 200, con il più vicino situato a 7.000 anni luce dalla Terra. Questi ammassi contengono stelle antiche tutte stipate in un piccolo volume, quindi le condizioni sono mature affinché eventuali buchi neri all'interno di questi ammassi cadano al centro e si avvicinino a qualsiasi altro buco nero che potrebbe essere in agguato.

Dovrebbero due buchi neri si avvicinano l'uno all'altro dopo essere caduti da diverse parti di un ammasso, i calcoli della relatività suggeriscono che emetteranno onde gravitazionali, sottraendo così energia al loro movimento attraverso l'ammasso. Ciò farebbe sì che i buchi neri rallentino e inizino a muoversi a spirale, stabilendosi infine in un’orbita binaria l’uno attorno all’altro. Allora i loro destini saranno segnati. Entrambi i buchi neri continueranno a emettere onde gravitazionali, facendo restringere la loro orbita fino a quando la coppia non si scontrerà, si fonderà ed erutterà con una potente esplosione di onde gravitazionali che viaggerebbe via alla velocità della luce. Questo buco nero appena fuso rimarrebbe quindi all'interno dell'ammasso in attesa che un altro buco nero passi alla deriva e ricominci la danza binaria.

Tuttavia, quando il team di Rodriguez ha eseguito le simulazioni, ha ipotizzato che i buchi neri in fusione ruotassero rapidamente e i risultati erano, beh, piuttosto balistici.

"Se i due buchi neri ruotano quando si uniscono, 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. "Basta una spinta di poche decine o cento chilometri al secondo per sfuggire a uno di questi ammassi."

Secondo questa logica, se i buchi neri uniti vengono espulsi dagli ammassi, non potranno fondersi nuovamente. Ma, dopo aver analizzato la rotazione tipica dei buchi neri rilevati da LIGO, il team ha scoperto che la rotazione dei buchi neri è molto più bassa, il che significa che ci sono meno possibilità che gli ammassi liberino i loro buchi neri appena fusi. Dopo aver apportato questa correzione, i ricercatori hanno scoperto che quasi il 20% dei sistemi binari di buchi neri avrebbe almeno un buco nero formatosi in una precedente fusione. E secondo i loro calcoli, i buchi neri di seconda generazione dovrebbero avere un intervallo di massa rivelatore compreso tra 50 e 130 masse solari. Non esiste altro modo per produrre buchi neri di questa massa se non attraverso le fusioni.

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

Questo è interessante

Secondo l'Agenzia spaziale europea, si ritiene che l'ammasso globulare stellare NGC 362 della Via Lattea abbia un'età compresa tra 10 e 11 miliardi di anni. La galassia stessa ha più di 13 miliardi di anni.