Gli scienziati confermano per la prima volta la fusione di un buco nero altamente eccentrico


Questa concezione artistica illustra uno schema gerarchico per la più massiccia fusione di buchi neri binari registrata fino ad oggi. Gli scienziati del RIT e dell’Università della Florida hanno usato simulazioni avanzate al computer per mostrare che i buchi neri avevano orbite eccentriche prima di fondersi.

Per la prima volta, gli scienziati credono di aver rilevato una fusione di due buchi neri con orbite eccentriche. Secondo un articolo pubblicato su Nature Astronomy dai ricercatori del Rochester Institute of Technology’s Center for Computational Relativity and Gravitation e dell’Università della Florida, questo può aiutare a spiegare come alcune delle fusioni di buchi neri rilevate dalla LIGO Scientific Collaboration e dalla Virgo Collaboration siano molto più pesanti di quanto precedentemente ritenuto possibile.

Le orbite eccentriche sono un segno che i buchi neri potrebbero essere ripetutamente inghiottiti da altri durante gli incontri casuali in aree densamente popolate da buchi neri come i nuclei galattici. Gli scienziati hanno studiato il binario a onde gravitazionali più massiccio osservato finora, GW190521, per determinare se la fusione avesse orbite eccentriche.

Le masse stimate dei buchi neri sono più di 70 volte la dimensione del nostro sole ciascuno, ponendoli ben al di sopra della massa massima stimata prevista attualmente dalla teoria dell’evoluzione stellare“, ha detto Carlos Lousto, un professore della Scuola di Scienze Matematiche e membro del CCRG. “Questo è un caso interessante da studiare come sistema binario di buchi neri di seconda generazione e apre a nuove possibilità di scenari di formazione di buchi neri in ammassi stellari densi“.

Un team di ricercatori del RIT, tra cui Lousto, il ricercatore associato James Healy, Jacob Lange, Ph.D. (scienze e tecnologie astrofisiche), la professoressa e direttrice del CCRG Manuela Campanelli, il professore associato Richard O’Shaughnessy, e collaboratori dell’Università della Florida, si è formato per dare un nuovo sguardo ai dati per vedere se i buchi neri avevano orbite altamente eccentriche prima della fusione. Hanno scoperto che la fusione è meglio spiegata da un modello ad alta eccentricità e precessione. Per ottenere questo, il team ha eseguito centinaia di nuove simulazioni numeriche complete nei supercomputer locali e nazionali, impiegando quasi un anno per completarle.

Questo rappresenta un importante progresso nella nostra comprensione di come i buchi neri si fondono“, ha detto Campanelli. “Attraverso le nostre sofisticate simulazioni al supercomputer e la ricchezza di nuovi dati forniti da LIGO e dai rivelatori di Virgo che avanzano rapidamente, stiamo facendo nuove scoperte sull’universo a ritmi sorprendenti“.

Un’estensione di questa analisi da parte dello stesso team RIT e UFL ha utilizzato una possibile controparte elettromagnetica osservata dalla Zwicky Transient Facility per calcolare indipendentemente la costante cosmologica di Hubble con GW150521 come una fusione di buchi neri binari eccentrici. Hanno trovato un eccellente accordo con i valori attesi e hanno recentemente pubblicato il lavoro sull’Astrophysical Journal.


Per maggiori informazioni:

V. Gayathri et al, “Eccentricity estimate for black hole mergers with numerical relativity simulations”, Nature Astronomy (2022).

V. Gayathri et al, “Measuring the Hubble Constant with GW190521 as an Eccentric black hole Merger and Its Potential Electromagnetic Counterpart”, The Astrophysical Journal (2021).

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