Gli astronomi osservano la fusione di due buchi neri che in realtà non dovrebbero esistere

Quando due buchi neri si fondono, vengono rilasciate quantità gigantesche di energia, così tanta che persino lo spazio e il tempo iniziano a tremare. Queste oscillazioni dello spaziotempo si propagano come onde e possono essere rilevate sulla Terra con sensibili rivelatori di onde gravitazionali.

Questa è diventata routine. Dal 2015 sono state registrate circa 300 fusioni di buchi neri. Eppure l'astronomia delle onde gravitazionali è sempre piena di sorprese. Il 23 novembre 2023, i due rivelatori dell'osservatorio LIGO negli Stati Uniti hanno registrato la fusione di due buchi neri sorprendentemente massicci. Questo è difficilmente compatibile con gli attuali modelli di evoluzione stellare.

Un buco nero si forma quando una stella massiccia ha esaurito la sua riserva di combustibile. Non c'è più alcuna radiazione a contrastare la gravità. La stella collassa ed espelle i suoi strati esterni in un'esplosione di supernova. Ciò che rimane è un buco nero. È così denso che nemmeno la luce può sfuggirgli.

La massa del buco nero risultante dipende dalla massa della stella progenitrice. Tuttavia, sembra esserci un limite naturale.

I modelli di evoluzione stellare prevedono che non dovrebbero esistere buchi neri con una massa da 60 a 130 volte superiore a quella del Sole. La ragione di ciò è un fenomeno che si verifica nelle stelle massicce. Questo fenomeno, chiamato instabilità di coppia, fa sì che la pressione all'interno della stella diminuisca temporaneamente, nonostante la presenza di combustibile ancora abbondante. La stella si contrae. Questo innesca una reazione termonucleare a catena incontrollata che la distrugge completamente. Non ne rimane nulla, nemmeno un buco nero.

Se questo ragionamento è corretto, l'osservazione del 23 novembre 2023 è un mistero. Quel giorno, i rivelatori LIGO hanno registrato un breve segnale di onde gravitazionali costituito da pochi cicli di oscillazione. I ricercatori hanno confrontato il segnale con cinque onde modellate e hanno dedotto che due buchi neri con masse pari a 137 e 104 volte quella del Sole devono essersi fusi. Entrambe le masse sono soggette a incertezze relativamente elevate. Ma almeno la più piccola delle due si trova proprio nella regione proibita. Teoricamente, quindi, il buco nero non dovrebbe esistere affatto.

Le grandi masse non sono l'unica caratteristica insolita. L'analisi ha anche rivelato che i due buchi neri ruotavano quasi alla massima velocità possibile prima della fusione.

Se i due buchi neri non possono essere il risultato del collasso di due stelle ormai esaurite, ci deve essere un'altra spiegazione. I ricercatori stanno prendendo in considerazione diverse possibilità. Ad esempio, potrebbero essere buchi neri primordiali. Questi ipotetici oggetti potrebbero essersi formati poco dopo il Big Bang, quando le stelle non esistevano ancora.

Tuttavia, un'altra possibilità è più plausibile. Grazie ai rivelatori di onde gravitazionali, ora sappiamo che i buchi neri in orbita l'uno attorno all'altro si fonderanno prima o poi, lasciando dietro di sé un buco nero con una massa maggiore. Di conseguenza, i due buchi neri osservati in fusione il 23 novembre 2023 potrebbero essere il prodotto di fusioni precedenti. Questo spiegherebbe facilmente la loro massa "proibita".

Tuttavia, questa spiegazione ha anche un inghippo. La fusione dei buchi neri richiede tempo, spiega Héctor Estellés Estrella del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Potsdam, che ha partecipato all'analisi dei dati. È quindi discutibile se una fusione gerarchica di buchi neri avvenga con sufficiente rapidità. Richiede un ambiente con un'elevata densità stellare, come un ammasso globulare.

Al momento, è impossibile determinare la storia dei due buchi neri. "Il breve segnale contiene pochissime informazioni", afferma Estrella. Per comprenderlo meglio, sono necessari modelli comparativi più dettagliati. Si sta lavorando su questo aspetto. Estrella è quindi fiduciosa che presto si potranno fare affermazioni più precise su come si possano formare buchi neri con una massa proibita.