Onde gravitazionali rilevate da una fusione di un buco nero con un oggetto di natura incerta

Rappresentazione artistica dell'evento GW190814
Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal Letters” riporta uno studio sull’origine delle onde gravitazionali rilevate nell’evento catalogato come GW190814 avvenuto il 14 agosto 2019 in cui un buco nero con una massa circa 23 volte quella del Sole si è fuso con un oggetto con una massa circa 2,6 volte quella del Sole la cui natura è incerta. Gli scienziati delle collaborazioni LIGO e Virgo hanno analizzato i dati rilevati dalla rete di interferometri che hanno registrato le onde gravitazionali emesse da quell’evento. Il problema è che la massa dell’oggetto meno massiccio è all’interno di un intervallo in cui non è al momento possibile dire se un oggetto compatto sia una stella di neutroni o un buco nero.

Stelle di neutroni e buchi neri costituiscono due possibilità di ciò che rimane di una stella massiccia dopo la sua morte. Un problema è capire quanta massa sia necessaria per il nucleo rimasto dopo una supernova perché il suo collasso abbia livelli tali da diventare un buco nero. Finora, la stella di neutroni più massiccia conosciuta ha una massa 2,5 volte quella del Sole mentre il buco nero meno massiccio conosciuto ha una massa circa 5 volte quella del Sole. In quello che è chiamato intervallo di massa tra quei due valori non è chiaro cosa vi sia e finora non era neppure chiaro se potesse esservi qualcosa. Una fusione che ha coinvolto un oggetto all’interno di quell’intervallo di massa cambia qualcosa riguardo a questo problema.

L’astronomia delle onde gravitazionali esiste da pochissimi anni ma ormai i rilevatori LIGO e Virgo hanno registrato molti eventi di fusioni tra oggetti compatti, nella maggior parte dei casi tra due buchi neri. L’evento catalogato come GW190412 è stato generato dalla fusione tra due buchi neri con masse molto diverse, in cui il più massiccio aveva una massa che era circa il quadruplo rispetto al meno massiccio. Nell’evento GW190814, originato a circa 800 milioni di anni luce dalla Terra, il rapporto tra le due masse è ancor più sbilanciato dato che l’oggetto che certamente è un buco nero è circa nove volte più massiccio dell’altro oggetto, la cui natura è un mistero che costituisce la parte più interessante di questa ricerca.

Vari telescopi sono stati puntati verso l’area in cui è stato originato l’evento GW190814 nella speranza di rilevare anche emissioni elettromagnetiche ma senza risultato. Ciò non offre indizi sulla natura dell’oggetto meno massiccio perché se si fosse trattato di un buco nero non ci si sarebbe aspettata alcuna emissione elettromagnetica ma se si fosse trattato di una stella di neutroni probabilmente è stata divorata dal buco nero da 23 masse solari assieme alle sue emissioni elettromagnetiche.

Rimane dunque l’incertezza sulla natura dell’oggetto compatto da 2,6 masse solari. L’immagine (LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)) mostra uno schema di questa fusione con la rappresentazione artistica di entrambe le possibilità. Ciò significa che si trattava della stella di neutroni più massiccia conosciuta finora o del buco nero meno massiccio conosciuto finora. Insomma, in ogni caso si tratta di una scoperta interessante ma per il momento non offre risposte al problema dell’intervallo di massa.

Charlie Hoy, un membro della Collaborazione LIGO, ha spiegato che questo potrebbe essere il primo di una nuova popolazione di oggetti binari compatti. I rilevatori stanno diventando sempre più sensibili e ciò permetterà di osservare più segnali di questo tipo per individuare le popolazioni di stelle di neutroni e di buchi neri nell’universo.

Alla fine, l’evento GW190814 ha lasciato più domande che risposte, il tipo di scoperta che può portare progressi. Altri eventi con coppie di oggetti compatti di masse molto diverse e oggetti la cui massa ricade nell’intervallo tra 2,5 e 5 masse solari potrebbero portare dati importanti per capire meglio la fisica di stelle di neutroni e buchi neri.

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