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Un gruppo internazionale di astrofisici ha trovato prove del fatto che l’universo ricicla i buchi neri, facendoli fondere tra loro per formarne altri più grandi. Le onde gravitazionali registrate negli ultimi anni mostrano che alcuni dei buchi neri più pesanti all’interno degli ammassi stellari presentano segnali chiari di essere di “seconda generazione”, cioè il prodotto di collisioni precedenti. Per questo non possono essere nati dal collasso di una stella massiccia.
I buchi neri impossibili
La teoria dell’evoluzione stellare spiega che, alla fine della vita delle stelle più massicce, il loro nucleo si comprime fino a formare un punto così denso da curvare lo spazio-tempo fino all’infinito. È il buco nero classico, con una massa compresa tra 10 e 40 volte quella del Sole. Esistono anche i buchi neri supermassicci, al centro delle galassie, con milioni o miliardi di masse solari, la cui origine è legata a processi avvenuti nei primissimi istanti dell’universo.
Tra questi due estremi compare però una categoria ancora discussa, quella dei buchi neri con una massa tra 40 e 100 volte quella del Sole. Sono troppo pesanti per nascere dalla morte di una stella, ma non abbastanza grandi da poter derivare dal collasso di una gigantesca nube di materia. La fisica stellare convenzionale li considera “impossibili”, eppure compaiono spesso nelle rilevazioni.
Gli astrofisici ipotizzano che questi buchi neri pesanti possano formarsi dalla fusione di due o più oggetti ultradensi più piccoli. L’idea è coerente, ma aveva bisogno di prove e, fino a tempi relativamente recenti, non esisteva un modo per ottenerle.
Poi sono entrati in scena i rivelatori di onde gravitazionali. Questi strumenti usano laser per misurare le microdistorsioni dello spazio-tempo generate dalla collisione di oggetti estremamente densi. La prima rilevazione, nel 2015, ha confermato una fusione tra buchi neri. Da allora, ogni nuovo segnale ha permesso di caratterizzare meglio queste strutture e di rivelare che queste collisioni avvengono molto più spesso di quanto immaginassimo.
La firma della seconda generazione
Lo studio, pubblicato il 7 maggio su Nature Astronomy, ha analizzato un catalogo di eventi transitori legati alle onde gravitazionali, raccolto dai tre principali osservatori al mondo. La banca dati includeva 153 rilevazioni affidabili di fusioni tra buchi neri e, tra queste, 34 riguardavano oggetti particolarmente pesanti.
Confrontando tutti i segnali, il gruppo di ricerca ha identificato due popolazioni distinte. I buchi neri più leggeri, fino a circa 40 masse solari, mostravano una rotazione lenta e orientata nella stessa direzione, come ci si aspetta da oggetti nati dal collasso di una stella. Superata una certa soglia, intorno alle 45 masse solari, è emersa invece una popolazione completamente diversa, composta da buchi neri più pesanti, che ruotano rapidamente e in direzioni caotiche. È una firma statistica che può comparire solo quando l’oggetto ha già partecipato a una fusione precedente.
“È esattamente la firma che ci aspetteremmo se i buchi neri si fondessero ripetutamente all’interno di densi ammassi stellari”, ha spiegato la dottoressa Isobel M. Romero-Shaw, coautrice della ricerca, in un comunicato dell’Università di Cardiff.
Finora non abbiamo osservato direttamente nessuno di questi buchi neri “impossibili”. A differenza di quelli supermassicci, non compaiono né nei raggi X né nello spettro visibile. Sappiamo però che esistono perché le loro collisioni fanno vibrare lo spazio-tempo, e quella vibrazione rivela masse che la fisica stellare non riesce a spiegare.
Lo studio mostra che i buchi neri più pesanti non nascono, ma vengono costruiti. Emergono da generazioni precedenti di collisioni e vengono assemblati negli ambienti più densi del cosmo.
