Gli scienziati “ascoltano” per la prima volta tutti i suoni di un buco nero appena nato

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Un buco nero appena nato produce un suono trasmesso dalle onde gravitazionali, in grado di predire la sua massa e la sua rotazione. Oggi un gruppo di ricerca del MIT è riuscito ad “ascoltarlo” completamente, tracciando un modello che ha permesso di calcolare le proprietà dell’oggetto cosmico.

Quando un buco nero nasce dalla collisione di altri enormi buchi neri “risuona”, producendo onde gravitazionali proprio come una campana percossa riverbera le onde sonore. È quanto contenuto nella teoria della relatività generale di Einstein, che predisse anche come il tono e il decadimento di tali onde dovessero costituire una firma diretta della massa e della rotazione del neonato.

Ora sappiamo che il grande fisico tedesco aveva ragione un’altra volta: il modello di questo suono sviluppato dal MIT predice, in effetti, la massa e la rotazione del buco nero. Se l’”ascolto” non è una musica vera e propria, lo è alle orecchie degli scienziati, che per la prima volta sono riusciti a consegnare alla comunità un’altra prova sperimentale della teoria della relatività generale, segnando un altro punto nel cammino verso la conoscenza dell’origine dell’Universo.

Ma c’è di più: la scoperta fornisce anche una dimostrazione del teorema ‘no-hair’ sui buchi neri, letteralmente ‘senza-capelli’ (attribuita al fisico statunitense John Archibald Wheeler), in base alla quale questi straordinari quanto ancora misteriosi oggetti cosmici hanno solo tre caratteristiche accessibili: massa, spin (ovvero rotazione) e carica elettrica, perché le altre vengono “inghiottite” dall’orizzonte degli eventi.

Le onde gravitazionali, quelle increspature infinitesime nello spazio-tempo provenienti da fenomeni cosmici lontani e violenti, sono state osservate sperimentalmente per la prima volta il 14 settembre 2015 dal Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), identificando una sorta di “cinguettio” come suono associato e dimostrando che questo era innescato dalla rapida collisione di due enormi buchi neri.

Il picco del segnale, ovvero la parte più forte del cinguettio, era direttamente collegata al momento stesso in cui i buchi neri si scontravano, confondendosi in un unico nuovo buco nero. Tuttavia, mentre questo buco nero emanava le sue onde gravitazionali, il suo caratteristico squillo, supponevano i fisici, sarebbe stato troppo debole da decifrare in mezzo al clamore della collisione iniziale. Per questo alcune tracce sono state identificate solo qualche tempo dopo il picco, ma il segnale era troppo debole per essere studiato in dettaglio.

Ora tutto appare cambiato, perché la nuova ricerca del MIT è stata in grado di rilevare proprio il picco, dimostrando che è possibile isolare con successo un modello di suoneria specifico per un buco nero appena nato e identificando e misurando in particolare due toni distinti.

“Rileviamo un segnale d’onda gravitazionale complessivo composto da più frequenze che si attenuano a velocità diverse, come i diversi toni che formano un suono – spiega Maximiliano Isi, primo autore del lavoro – Ogni frequenza o tono corrisponde a una frequenza vibrazionale del nuovo buco nero.

A questo punto i ricercatori hanno usato le equazioni della relatività generale per calcolare la massa e la rotazione del buco nero appena formato usando i dati di ​​tono e decadimento appena rilevati e hanno confrontato i risultati con i calcoli effettuati in precedenza con altre metodologie, dimostrandone la coerenza.

Le prospettive sono enormi, perché la tecnica potrebbe essere usata anche su oggetti diversi dai buchi neri.

“In futuro avremo rilevatori migliori sulla Terra e nello spazio e saremo in grado di vedere non solo due, ma decine di modalità e definire con precisione le loro proprietà – sostiene a questo proposito Isi – Se questi non sono buchi neri come prevede Einstein, ma oggetti più esotici come wormhole o stelle di bosone, potrebbero non suonare allo stesso modo e avremo la possibilità di vederli”.

Il lavoro è stato parzialmente finanziato dalla NASA, dalla Sherman Fairchild Foundation, dalla Simons Foundation e dalla National Science Foundation, ed è stato pubblicato su Physical Review Letters.

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Roberta De Carolis

Cover: MIT News

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Roberta De Carolis ha una laurea e un dottorato in Chimica, e ha conseguito un Master in comunicazione scientifica. Giornalista pubblicista, scrive per GreenMe dal 2010.
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