Il segno di una teoria scientifica davvero eccezionale è dai risultati che predice quando si eseguono esperimenti o si eseguono osservazioni. E una delle più grandi teorie mai proposte era il concetto di relatività, descritto da Albert Einstein all'inizio del XX secolo.
Oltre ad aiutarci a capire che la luce è il limite massimo di velocità dell'Universo, Einstein ha descritto la gravità stessa come una deformazione dello spaziotempo.
Ha fatto molto di più che fornire una serie di nuove elaborate spiegazioni per l'Universo, ha proposto una serie di test che potevano essere fatti per scoprire se le sue teorie erano corrette.
Un test, ad esempio, ha spiegato completamente perché l'orbita di Mercury non corrispondeva alle previsioni fatte da Newton. Altre previsioni potrebbero essere testate con gli strumenti scientifici del giorno, come misurare la dilatazione del tempo con orologi in rapido movimento.
Poiché la gravità è in realtà una distorsione dello spaziotempo, Einstein predisse che gli oggetti di massa che si muovono attraverso lo spaziotempo dovrebbero generare increspature, come le onde che si muovono attraverso l'oceano.
Semplicemente camminando, lasci una scia di onde gravitazionali che comprimono ed espandono lo spazio intorno a te. Tuttavia, queste onde sono incredibilmente minuscole. Solo gli eventi più energici dell'intero Universo possono produrre onde che possiamo rilevare.
Ci sono voluti oltre 100 anni per essere finalmente dimostrato vero, il rilevamento diretto delle onde gravitazionali. Nel febbraio 2016, i fisici con il Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, o LIGO, hanno annunciato la collisione di due enormi buchi neri a più di un miliardo di anni luce di distanza.
Qualsiasi dimensione del buco nero può scontrarsi. Buchi neri di massa stellare vecchi normali o buchi neri supermassicci. Stesso processo, solo su una scala completamente diversa.
Cominciamo con i buchi neri di massa stellare. Questi, naturalmente, si formano quando una stella con molte volte la massa del nostro Sole muore in una supernova. Proprio come le stelle normali, queste stelle massicce possono trovarsi nei sistemi binari.
Immagina una nebulosa stellare in cui si formano una coppia di stelle binarie. Ma a differenza del Sole, ognuno di questi sono mostri con molte volte la massa del Sole, che emette migliaia di volte più energia. Le due stelle orbiteranno l'una attorno all'altra per pochi milioni di anni, e poi si farà esplodere come una supernova. Ora avrai una stella massiccia in orbita attorno a un buco nero. E poi la seconda stella esplode, e ora hai due buchi neri in orbita l'uno attorno all'altro.
Man mano che i buchi neri si chiudono l'un l'altro, irradiano onde gravitazionali che causano il decadimento dell'orbita. Questo è un po 'strabiliante, in realtà. I buchi neri convertono il loro momento in onde gravitazionali.
Quando il loro momento angolare diminuisce, si muovono a spirale verso l'interno fino a quando non si scontrano effettivamente. Quella che dovrebbe essere una delle esplosioni più energiche nell'universo conosciuto è completamente oscura e silenziosa, perché nulla può sfuggire a un buco nero. Niente radiazioni, niente luce, niente particelle, niente urla, niente. E se si uniscono due buchi neri insieme, si ottiene solo un buco nero più massiccio.
Le onde gravitazionali si diffondono da questa importante collisione come onde attraverso l'oceano ed è rilevabile in oltre un miliardo di anni luce.
Questo è esattamente ciò che è accaduto all'inizio di quest'anno con l'annuncio di LIGO. Questo strumento sensibile ha rilevato le onde gravitazionali generate quando due buchi neri con 30 masse solari si sono scontrati a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza.
Questo non è stato nemmeno un evento, hanno rilevato un'altra collisione con altri due buchi neri di massa stellare.
I buchi neri di massa stellare regolari non sono gli unici che possono scontrarsi. Anche i buchi neri supermassicci possono scontrarsi.
Da quello che possiamo dire, c'è un buco nero supermassiccio nel cuore di praticamente ogni galassia nell'Universo. Quello nella Via Lattea è più di 4,1 milioni di volte la massa del Sole, e si ritiene che quello nel cuore di Andromeda sia da 110 a 230 milioni di volte la massa del Sole.
Tra qualche miliardo di anni, la Via Lattea e Andromeda si scontreranno e inizieranno il processo di fusione. A meno che il buco nero della Via Lattea non venga espulso nello spazio profondo, i due buchi neri finiranno per orbitarsi l'un l'altro.
Solo con i buchi neri di massa stellare, irradieranno il momento angolare sotto forma di onde gravitazionali e si avvicinano sempre più a spirale. Ad un certo punto, in un lontano futuro, i due buchi neri si fonderanno in un buco nero ancora più supermassiccio.
La Via Lattea e Andromeda si fonderanno in Milkdromeda e, nei prossimi miliardi di anni, continueranno a raccogliere nuove galassie, estrarre i loro buchi neri e schiacciarli nel collettivo.
I buchi neri possono assolutamente scontrarsi. Einstein predisse le onde gravitazionali che questo avrebbe generato, e ora LIGO le ha osservate per la prima volta. Man mano che vengono sviluppati strumenti migliori, dovremmo imparare sempre di più su questi eventi estremi.
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