Un team internazionale di ricercatori, tra cui il Prof. Badri Krishnan della Radboud University, ha verificato un’importante proprietà dei buchi neri nota come teorema senza capelli utilizzando osservazioni di onde gravitazionali. La loro ricerca è pubblicata sulla rivista Physical Review Letters .
È un fatto naturale notevole che i buchi neri siano oggetti estremamente semplici. In effetti, ogni buco nero nel nostro universo è completamente descritto da soli due numeri:la sua massa e il momento angolare (o "spin"). Questo non è vero per le normali stelle o pianeti che sono costituiti da distribuzioni di materia molto più complesse.
Proprio come qualsiasi altra stella, i buchi neri hanno “modalità quasi normali”. Questa proprietà risulterà familiare alla maggior parte dei lettori come proprietà di una campana:quando viene colpita da un martello, la campana emette uno spettro di toni che lentamente svanisce nel tempo. Questi toni sono determinati da molti fattori come la forma della campana, il materiale particolare di cui è composta, ecc.
In modo simile, un buco nero perturbato emette uno spettro caratteristico di segnali di onde gravitazionali che hanno frequenze specifiche e svaniscono nel tempo. Alla luce del teorema dell'assenza di capelli, lo spettro dei modi quasi normali per un buco nero deve essere fortemente limitato poiché anche l'intero spettro deve essere determinato da soli due numeri.
Pertanto, quando riceviamo il segnale dell'onda gravitazionale da una stella che include almeno due modi quasi normali, possiamo utilizzare questa proprietà per determinare se si tratta effettivamente di un buco nero o meno.
Per verificare questa proprietà dei buchi neri, il team ha rianalizzato i dati del segnale dell’onda gravitazionale proveniente da un evento di fusione binaria di buchi neri noto come GW190521. Questo evento è stato rilevato dagli osservatori LIGO e Virgo nel maggio 2019.
Usando tecniche più sensibili, hanno scoperto una sorpresa nascosta nei dati:una seconda modalità quasi normale molto più debole, sfuggita alle analisi precedenti. Questa è stata una grande sorpresa poiché si pensava che tali rilevamenti avrebbero richiesto rilevatori molto più sensibili che sarebbero stati disponibili solo a metà degli anni '30.
"Più di 20 anni fa avevamo proposto tali osservazioni come mezzo per testare la natura dei buchi neri", afferma Badri Krishnan. "All'epoca non credevamo che gli attuali rilevatori LIGO e Virgo sarebbero stati in grado di osservare più modalità di ringdown. Pertanto questi risultati sono particolarmente gratificanti per me.
"Finora non abbiamo trovato deviazioni dalle previsioni della relatività generale e Einstein continua ad avere ragione. La nostra analisi mostra che le frequenze e i tempi di smorzamento delle modalità quasi normali sono coerenti con le previsioni della relatività generale."
Ulteriori informazioni: Collin D. Capano et al, Spettro quasinormale multimodale da un buco nero perturbato, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.221402
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
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