I buchi neri sono tra gli oggetti più affascinanti dell'universo, eppure rimangono sfuggenti perché sono così incredibilmente densi e la loro gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire alla loro presa. Per scoprire i buchi neri che si nascondono attraverso il cosmo, i ricercatori si sono rivolti a un campo di ricerca emergente noto come l'astronomia delle onde gravitazionali.
Le onde gravitazionali sono distorsioni o increspature nel tessuto dello spazio e del tempo prodotte dal movimento di oggetti enormi. Nel 2015, gli astronomi hanno rilevato per la prima volta il movimento delle onde gravitazionali usando i telescopi dell'Osservatorio di onde gravitazionali (LIGO) Laser Interferometer basato sulla Terra in Louisiana e Washington. In questo caso, le increspature sono state prodotte da una violenta collisione di due enormi buchi neri co-orbitanti noti come binari del buco nero.
Utilizzando LIGO e altre tecnologie di osservazione, un nuovo studio mira a dipingere un quadro più completo dei buchi neri, in particolare quelli appartenenti alla categoria più oscura nota come buchi neri a massa intermedia (IMBH).
"Quando mi sono unito a LIGO, mi sono reso conto che i miei anni di simulazione relativistica generale dei buchi neri possono essere introdotti per sviluppare una nuova caccia astrofisica di IMBH", ha detto a Space Karan Jani, un astrofisico dell'Università di Vanderbilt e autore principale dello studio. com
Gli IMBH cadono da qualche parte tra supermassicci - almeno un milione di volte più grandi del nostro sole - e buchi neri di massa stellare - più piccoli, ma ancora da 5 a 50 volte più grandi della massa del nostro sole.
"Gli IMBH sono molto speciali nel decennio inaugurale dell'astronomia delle onde gravitazionali. Tra tutte le fonti astrofisiche conosciute che emettono onde gravitazionali, segnaliamo che sia LIGO che LISA [Laser Interferometer Space Antenna] sono più sensibili alle fusioni di IMBH", ha detto Jani. "Con questi due esperimenti, possiamo praticamente esaminare tutti i binari IMBH nell'universo."
Tuttavia, gli astronomi non sono ancora stati in grado di rilevare direttamente questi sfuggenti buchi neri di medie dimensioni, ha aggiunto Jani. Pertanto, il suo approccio è quello di studiare le diverse frequenze delle onde gravitazionali emesse dai buchi neri per comprendere meglio l'attività dell'IMBH.
"Come un'orchestra sinfonica emette suoni attraverso una serie di frequenze, le onde gravitazionali emesse da buchi neri si verificano a frequenze e tempi diversi", ha detto Jani in una dichiarazione della Vanderbilt University. "Alcune di queste frequenze hanno una larghezza di banda estremamente elevata, mentre altre hanno una larghezza di banda bassa, e il nostro obiettivo nella prossima era dell'astronomia delle onde gravitazionali è catturare osservazioni multibanda di entrambe queste frequenze per" ascoltare l'intera canzone ", come lo era, quando si tratta di buchi neri ".
Si ritiene che gli IMBH siano i semi da cui crescono i buchi neri supermassicci. Ad esempio, i buchi neri possono crescere divorando altri buchi neri. Nella regione di materia in caduta che circonda un buco nero, noto anche come disco di accrescimento, forti forze gravitazionali attirano gas, stelle, polvere e persino altri buchi neri nelle vicinanze. Qualsiasi materiale che si avvicina troppo rischia di essere trascinato oltre l'orizzonte degli eventi - il punto oltre il quale non può sfuggire all'attrazione gravitazionale del buco nero.
"Non appena un IMBH ha intrappolato un altro buco nero nelle vicinanze, ci sarà una raffica di radiazioni gravitazionali", ha detto Jani a Space.com. "LIGO può catturare questa radiazione nel caso in cui questi buchi neri si scontrino."
La proposta missione LISA - guidata congiuntamente dall'Agenzia spaziale europea e dalla NASA - sarà in grado di rilevare e misurare accuratamente le onde gravitazionali a bassa frequenza, il che è una sfida per i rivelatori terrestri, a causa del movimento sismico del nostro pianeta o persino delle vibrazioni da un passaggio auto. Progettato per il lancio nel 2034, LISA sarebbe il primo rivelatore dedicato di onde gravitazionali spaziali.
"Con la missione LISA, il nostro studio rileva che le radiazioni provenienti dagli IMBH possono essere registrate almeno qualche anno prima della loro fatale collisione", ha detto Jani. "Questa radiazione è letteralmente lo spazio-tempo che si deforma proprio al di fuori dell'orizzonte degli eventi degli IMBH. A differenza di un segnale radio o a raggi X, la radiazione gravitazionale non perde informazioni mentre viaggia miliardi di anni luce prima di raggiungerci."
Pertanto, combinando le osservazioni dei rivelatori LIGO, che catturano le onde gravitazionali ad alta frequenza, e i futuri rivelatori come la missione LISA, che misurerà le onde gravitazionali a bassa frequenza, i ricercatori sperano di colmare le lacune nella comprensione attuale dei buchi neri.
Il loro studio è stato pubblicato il 18 novembre sulla rivista Nature Astronomy.
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