Increspature e crescita dei buchi neri

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E' noto da tempo che nel cuore di quasi tutte le galassie si nasconde almeno un buco nero supermassiccio, ma sui meccanismi che portano questo oggetti astronomici a crescere fino alle loro smisurate dimensioni permangono ancora molti dubbi. L’astrofisico Ryan Shannon (CSIRO) e i suoi collaboratori, però, hanno individuato una modalità d’indagine innovativa che ha permesso di mettere un po’ d’ordine nelle teorie che riguardano l’accrescimento di questi mostri. Lo studio, pubblicato nei giorni scorsi su Science, ha una particolarità davvero interessante: in esso, per la prima volta, come “strumento” astronomico si utilizzano le informazioni relative alle onde gravitazionali, le increspature del tessuto spazio-temporale previste dalla Relatività Generale.
Benché non si sia ancora riusciti a catturare direttamente queste elusive vibrazioni, non v'è ormai più alcun dubbio sulla loro esistenza. A tal proposito ci basti ricordare, alla fine degli anni Settanta, il fondamentale lavoro di Russell Hulse e Joseph Taylor e la loro scoperta della pulsar binaria PSR 1913+16. Lo studio di quella coppia di oggetti superdensi in orbita reciproca permise di verificare la pressoché perfetta corrispondenza tra la perdita di energia del sistema e l'emissione di onde gravitazionali prevista dalla Relatività. Una pietra miliare dell'astrofisica, per la quale nel 1993 i due ricercatori sono stati insigniti del Premio Nobel per la Fisica.
Tra i fenomeni in grado di generare intense onde gravitazionali dobbiamo certamente collocare la reciproca interazione tra i buchi neri supermassicci quando le galassie che li ospitano si incontrano e si uniscono (galaxy mergers). Poiché si tratta di un fenomeno piuttosto comune nell'Universo, è logico attendersi che le onde gravitazionali generate in questi molteplici incontri costituiscano un diffuso disturbo della trama dello spazio-tempo. Una sorta di rumore di fondo, insomma, la cui intensità dipende da numerosi parametri. Dipende per esempio da quanto tempo i buchi neri hanno danzato l'uno intorno all'altro prima di fondersi, da quanto massicci fossero i buchi neri e, non ultimo, dalla loro distanza. La valutazione di questo fondo di onde gravitazionali, dunque, pone dei limiti a uno o più di questi fattori.
Queste increspature nella trama spazio-temporale interferiscono inevitabilmente con i segnali che raccogliamo da ogni parte dell'Universo, ma questo significa che, potendo disporre di segnali sufficientemente costanti e affidabili, potremmo dalle loro anomale variazioni risalire al disturbo di fondo. Un processo per nulla semplice e agevole, ma che Shannon e collaboratori sono riusciti a portare a termine. Poiché le pulsar - stelle di neutroni in rapidissima rotazione - sono gli orologi più precisi dell'Universo, i ricercatori hanno analizzato con estrema attenzione vent'anni di segnali di questi oggetti raccolti dalla grande antenna del radiotelescopio di Parkes (progetto Parkes Pulsar Timing Array - PPTA). Il paziente lavoro su una ventina di pulsar osservate direttamente dal radiotelescopio australiano e su altre pulsar tenute sotto controllo in Europa e negli Stati Uniti ha permesso di ricostruire in modo sufficientemente affidabile l'ammontare del rumore di fondo imputabile alle onde gravitazionali.
Nello studio (qui il paper originale) Shannon e collaboratori ritengono che il livello del fondo di onde gravitazionali suggerito dall'analisi dei segnali delle pulsar non sia compatibile con il modello che prevede l'accrescimento dei buchi neri supermassicci solamente attraverso meccanismi di reciproca fusione. Per far crescere i buchi neri ospitati nel nucleo delle galassie fino alle loro incredibili masse (milioni di volte la massa del nostro Sole) è insomma indispensabile che essi possano disporre di notevoli quantità di gas cui attingere per la loro succulenta dieta.

[video: http://www.youtube.com/v/nrWZ9Pzc0uY]
[Crediti: MediaInaf] 

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Crediti immagine: Public Domain Pictures. Licenza: CC0

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