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L’emissione di onde gravitazionali dal merging di due buchi neri

Un gruppo di ricercatori della Scuola di Fisica e Astronomia dell’Università di Cardiff hanno costruito un modello che permetterà agli scienziati di rivelare centinaia di buchi neri presenti nello spazio cosmico. Gli astronomi sperano che il loro modello sarà di fondamentale importanza per rivelare quelle deboli “ondulazioni” dello spaziotempo causate dalla collisione (merging) di due buchi neri: stiamo parlando delle onde gravitazionali.

I buchi neri non possono essere osservati direttamente ma gli scienziati sperano che alcuni rivelatori, che agiscono come una sorta di giganteschi microfoni, potranno rivelare gli effetti delle interazioni quando due buchi neri interagiscono. Gli astronomi, guidati da Mark Hannam, hanno costruito un modello, descritto su un articolo apparso su Physical Review Letters, che ha lo scopo di prevedere tutti quei segnali potenzialmente associati alle onde gravitazionali che potranno essere osservati dai rivelatori come LIGO. Essi sperano che il loro modello potrà agire come una sorta di “mappa” per facilitare il compito agli scienziati che utilizzeranno i giganteschi rivelatori in modo da riconoscere la giusta forma d’onda nel momento in cui due buchi neri orbitano l’uno attorno all’altro fino a raggiungere la collisione. “La rapida rotazione dei buchi neri farà oscillare le orbite, come avviene nel caso di un tappo in rotazione prima di cadere”, spiega Hannam. “Queste oscillazioni possono determinare una geometria complessa tale da complicare i segnali associati all’emissione delle onde gravitazionali. È un pò come guardare un ragazzo seduto in una giostra al luna park che apparentemente agita le mani e che a prima vista risulta impossibile descrivere. Dunque, il nostro modello permette di prevedere questo comportamento in modo da isolare quei segnali gravitazionali che si stanno cercando”. Il modello è stato codificato per essere inserito nei programmi che saranno utilizzati dai rivelatori LIGO nel momento in cui entreranno in funzione. Tuttavia, c’è ancora molto lavoro da fare. “Finora, abbiamo inserito solamente questi effetti di precessione mentre i buchi neri si muovono spiraleggiando l’uno verso l’altro”, dice Hannam. “Abbiamo ancora bisogno di capire esattamente cosa accade alla rotazione dei buchi neri mentre essi collidono”. Per far questo, i ricercatori dovranno realizzare tutta una serie di simulazioni per risolvere le equazioni di Einstein prima e dopo la collisione. Inoltre, sarà necessario ottenere il maggior numero di combinazioni che riguardano la massa dei buchi neri e la direzione delle rotazioni per comprendere il comportamento globale di questi sistemi binari complicati. “Per anni siamo rimasti fermi perché non sapevamo come risolvere il moto dei buchi neri. Ora che abbiamo la soluzione, sappiamo cosa fare”, conclude Hannam.

University of Cardiff: Mission to discover hundreds of black holes could unlock secrets of the Universe
arXiv: A simple model of complete precessing black-hole-binary gravitational waveforms

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