Si ritiene che i buchi neri supermassicci, i più grandi buchi neri dell’Universo, risiedano nei centri della maggior parte delle galassie. Quando le galassie si scontrano, anche i loro buchi neri centrali vengono riuniti, fino a formare una coppia binaria. Mentre questi buchi neri binari si muovono a spirale l’uno verso l’altro, emettono potenti onde gravitazionali, increspature nella curvatura dello spaziotempo. Nel 2015, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato le prime onde gravitazionali provenienti da una coppia binaria di buchi neri che si fondeva.
Finora, il modo esatto in cui i buchi neri supermassicci formano coppie durante le fusioni galattiche è stato poco compreso. Un team di ricercatori del Centro di astrofisica computazionale (CCA) del Flatiron Institute di New York ha effettuato simulazioni numeriche per indagare su questo problema. I risultati, pubblicati sulla rivista Physical Review Letters, mostrano come i buchi neri supermassicci si legano gravitazionalmente durante le caotiche conseguenze di una collisione galattica.
I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata Smoothed Particle Hydrodynamics per seguire i movimenti complessi del gas e delle stelle che compongono le galassie durante una collisione. Hanno scoperto che dopo la fusione di due galassie a disco, i loro buchi neri supermassicci formano una coppia binaria, anche quando i buchi neri inizialmente erano relativamente distanti. Ciò accade perché le stelle e il gas nelle galassie agiscono come una sorta di colla, tenendo insieme i buchi neri attraverso le loro interazioni gravitazionali.
“Le nostre simulazioni mostrano come i buchi neri supermassicci formino coppie legate durante le fusioni tra galassie, che è un passo necessario affinché possano eventualmente fondersi ed emettere onde gravitazionali. Le osservazioni LIGO delle onde gravitazionali provenienti dalla fusione di buchi neri stanno quindi fornendo informazioni indirette sulla dinamica delle fusioni tra galassie”, ha affermato Volker Springel, membro del CCA e professore di astrofisica presso l’Istituto di studi teorici di Heidelberg.
Le simulazioni mostrano che le galassie con più stelle e gas sono in grado di legare i loro buchi neri supermassicci in coppie binarie più strette rispetto alle galassie meno dense. Le proprietà dei buchi neri binari prodotti in queste simulazioni sono in accordo con le osservazioni dei buchi neri binari fatte da LIGO.
Questa ricerca fornisce importanti informazioni sulla fisica delle fusioni tra galassie. Queste informazioni saranno cruciali per rilevare e interpretare i futuri segnali delle onde gravitazionali derivanti dalla fusione dei buchi neri e per comprendere l’evoluzione delle galassie nel tempo.
