Il 23 novembre 2023 le antenne gravitazionali di tutto il mondo hanno captato un evento unico nel suo genere: la fusione di due buchi neri di dimensioni mai rilevate fino a quel momento. Il segnale, giunto dalle profondità dello spazio in un decimo di secondo, è stata la prova di un fenomeno che ha scosso la comunità scientifica internazionale. Dopo un’attenta analisi durata oltre un anno e mezzo, il risultato è stato reso noto, introducendo un nuovo record nel campo delle osservazioni cosmiche. L’evento, catalogato come GW231123, rappresenta un passo avanti importante nella comprensione degli oggetti più densi e misteriosi dell’universo.
La registrazione dell’evento con le antenne ligo, karma e virgo
L’evento GW231123 è stato rilevato da tre grandi antenne gravitazionali situate in parti diverse del mondo. Questi strumenti, chiamati interferometri, permettono di captare le onde gravitazionali generate da movimenti estremi nello spazio. Negli Stati Uniti si trova LIGO, in Giappone KARMA, e in Italia Virgo, vicino Pisa. Il segnale che ha attraversato questi rilevatori ha avuto una durata brevissima, appena un decimo di secondo, ma la sua intensità ha reso immediatamente chiaro che si trattava di qualcosa di nuovo. La complessità del segnale ha richiesto oltre diciotto mesi di studio approfondito per escludere falsi positivi e confermare la natura del fenomeno.
Le onde gravitazionali si propagano attraverso il tessuto dello spazio-tempo in modo simile alle onde che si formano nello stagno a seguito di un sasso gettato. Per rilevarle servono dispositivi molto sensibili che misurano variazioni infinitesimali nella distanza tra specchi posti a chilometri di distanza, capaci di cogliere alterazioni di un millesimo del diametro di un atomo. La sinergia tra le antenne di diversi paesi ha permesso di identificare la direzione e la natura dell’evento con un livello di sicurezza senza precedenti. Il lavoro delle equipe coinvolte ha portato alla presentazione del fenomeno alla comunità scientifica mondiale con una confidenza altissima.
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Caratteristiche dei buchi neri protagonisti della fusione
I due buchi neri progenitori dell’evento avevano masse rispettivamente di 100 e 140 volte quella del Sole, numeri che già da soli indicano oggetti tra i più pesanti mai osservati. La loro unione ha generato un unico buco nero dalla massa stimata in 225 masse solari. La differenza di circa 15 masse solari, “scomparsa” dalla somma aritmetica, si è trasformata in energia rilasciata sotto forma di onde gravitazionali secondo la famosa equazione di Einstein, E=mc².
Questa trasformazione in energia è avvenuta in una frazione di secondo, creando una potentissima emissione che ha deformato lo spazio-tempo circostante e generato le onde captate sulla Terra. La grande quantità di energia rilasciata supera di gran lunga gli eventi simili registrati in passato. Prima di questo episodio, il record spettava a una fusione osservata nel 2021 con una massa finale di circa 140 masse solari. Il fenomeno GW231123 pone così un nuovo limite nella scala delle masse e nella potenza energetica generata da questi oggetti cosmici.
La natura e la formazione dei buchi neri di grande massa
I buchi neri si formano soprattutto dal collasso di stelle molto massicce quando terminano il loro combustibile nucleare. In questi casi il nucleo stellare cede sotto la propria gravità, schiantandosi su se stesso e creando un corpo così denso da piegare lo spazio-tempo attorno a sé. Questa deformazione crea una superficie chiamata orizzonte degli eventi, confine dal quale né la luce né qualsivoglia materia possono uscire.
La massa dei buchi neri può essere molto variabile. Quelli coinvolti nell’evento odierno appartengono alla categoria dei “buchi neri di massa intermedia”, un ambito che gli scienziati studiano da tempo per capire come queste dimensioni nascano e si evolvano. Si pensa che alcuni si formino direttamente da stelle particolarmente pesanti, o da fusioni precedenti. Questi oggetti contribuiscono a modificare il tessuto stesso dello spazio-tempo e influenzano la dinamica galattica su vasta scala.
La concezione dello spazio-tempo e la rilevanza delle onde gravitazionali
La fisica moderna ha modificato il modo in cui immaginiamo lo spazio e il tempo. A differenza di un contenitore statico come una stanza o un volume, il tessuto spazio-temporale varia in presenza di masse e velocità elevati. Einstein ha dimostrato che massa e energia curvano lo spazio-tempo: questa curvatura si manifesta come gravità.
Le onde gravitazionali sono increspature di questo tessuto causate da eventi catastrofici come la fusione di buchi neri. Si propagano alla velocità della luce e portano con sé informazioni precise sull’evento che le ha generate. La loro osservazione ha aperto un canale diretto per studiare fenomeni che altrimenti rimarrebbero nascosti. Negli ultimi anni, la collaborazione internazionale tra gli osservatori ha dato risultati importanti, come testimonia l’evento GW231123.
Su questa base comincia un nuovo capitolo nella comprensione dell’universo. Le rilevazioni di onde gravitazionali offrono uno sguardo diretto sulle strutture più estreme e sulle leggi che governano il cosmo ai suoi limiti. I dati raccolti in queste settimane alimentano nuove domande e anticipano scoperte che potranno cambiare la fisica come la conosciamo.