Una collisione cosmica ci ha rivelato come si comportano veramente i buchi neri
Un’eco lontana nello spazio ha confermato ciò che finora era solo teoria: i buchi neri, dopo una fusione, vibrano davvero come previsto da Einstein?
Ogni volta che due buchi neri si fondono, nell’oscurità dello spazio profondo si genera un’onda gravitazionale che viaggia per milioni di anni luce fino a raggiungere la Terra. È un segnale minuscolo, ma porta con sé informazioni preziose, capaci di raccontare eventi estremi e fugaci con una precisione crescente.
La rilevazione di una di queste onde, avvenuta all’inizio del 2025, ha permesso di testare come mai prima le più importanti previsioni teoriche sulla natura dei buchi neri. L’osservazione è frutto del lavoro congiunto degli interferometri LIGO, Virgo e KAGRA, strumenti progettati per captare le increspature dello spaziotempo causate da eventi cosmici di enorme energia.
Rispetto alla prima rilevazione storica del 2015, il nuovo segnale è stato registrato con una nitidezza quadruplicata, grazie ai progressi nella sensibilità degli strumenti. Un dettaglio tecnico che ha fatto la differenza nell’analisi di GW250114, nome dato alla fusione rilevata il 14 gennaio 2025.
La qualità di questo segnale ha permesso agli scienziati di esaminare con precisione ciò che accade durante e dopo la collisione. L’attenzione si è concentrata in particolare su due aspetti: la superficie complessiva dell’orizzonte degli eventi e il comportamento del buco nero risultante nelle fasi successive alla fusione.
Vibrazioni nell’oscurità
Secondo quanto proposto da Stephen Hawking nel 1971, l’area dell’orizzonte di un buco nero non può mai diminuire. È una conseguenza della teoria della relatività generale, ma fino a tempi recenti mancava una verifica osservativa. Già nel 2021, un primo studio aveva fornito un’indicazione favorevole, ma con margini di incertezza ancora elevati. Ora, grazie a GW250114, la conferma arriva con un livello di precisione molto più alto: l’area del buco nero finale è risultata maggiore o uguale alla somma delle due iniziali, come previsto.
Allo stesso tempo, i ricercatori sono riusciti a isolare e analizzare le onde gravitazionali emesse dopo la fusione. Queste onde, simili a un suono che si attenua nel tempo, contengono informazioni sulla massa e sulla rotazione del nuovo oggetto compatto. Studiarle è come ascoltare il rintocco di una campana per capirne forma e dimensione: più il segnale è chiaro, più precisa è la ricostruzione.
La firma di un buco nero di Kerr
Le analisi hanno mostrato che il buco nero nato dalla fusione corrisponde perfettamente al modello teorico descritto da Roy Kerr negli anni Sessanta. Il cosiddetto buco nero di Kerr rappresenta la soluzione delle equazioni di Einstein per un buco nero in rotazione, ed è da decenni la descrizione di riferimento per gli oggetti reali. Tuttavia, ottenere una prova diretta non era mai stato possibile con tanta chiarezza.
Grazie a questa rilevazione straordinariamente pulita, gli scienziati hanno dunque potuto verificare che i buchi neri si comportano come previsto dalla relatività, ma non solo. Anche il loro “suono” gravitazionale rivela una struttura coerente con le ipotesi finora formulate. Un passo decisivo per comprendere come si formano, evolvono e interagiscono questi enigmi cosmici.