Usare di piccoli buchi neri per rilevare quelli giganti

L’origine dei buchi neri supermassicci trovati al centro delle galassie, è ancora uno dei più grandi misteri dell’astronomia.

Potrebbero essere sempre stati massicci e formatisi quando l’Universo era ancora molto giovane.

In alternativa, potrebbero essere cresciuti nel tempo accrescendo materia e altri buchi neri.

Quando un buco nero supermassiccio sta per divorare un altro buco nero massiccio, questo emetterà onde gravitazionali, che sono increspature nello spazio-tempo che si propagano attraverso l’Universo.

Di recente sono state rilevate onde gravitazionali, ma solo da piccoli buchi neri che sono i resti di stelle.

Rilevare i segnali di singole coppie di grandi buchi neri è ancora impossibile, perché i rivelatori odierni non sono sensibili alle frequenze molto basse delle onde gravitazionali che emettono.

I futuri rivelatori pianificati, come la missione spaziale LISA guidata dall’ESA, porranno parzialmente rimedio a questo problema, ma rilevare le coppie di buchi neri più massicci sarà ancora fuori discussione.

Un team internazionale di astrofisici guidato da ex studenti dell’Università di Zurigo propone una nuova idea, e un nuovo metodo, per rilevare coppie dei più grandi buchi neri che si trovano al centro delle galassie analizzando le onde gravitazionali generate dalle binarie di piccoli buchi neri stellari vicini, che sono i resti di stelle collassate.

Questo approccio, che richiederà un rivelatore di onde gravitazionali a deci-Hz, permetterebbe di scoprire i più grandi sistemi binari di buchi neri supermassicci, che altrimenti potrebbero rimanere inaccessibili.

“La nostra idea funziona fondamentalmente come ascoltare un canale radio. Proponiamo di utilizzare il segnale proveniente da coppie di piccoli buchi neri in modo simile a come le onde radio trasportano il segnale.

I buchi neri supermassicci sono la musica che viene codificata nella modulazione di frequenza (FM) del segnale rilevato”, ha detto Jakob Stegmann, autore principale dello studio, che ha iniziato questo lavoro all’Università di Zurigo come visiting student e da allora si è trasferito al Max Planck Institute for Astrophysics come ricercatore post-dottorato. 

“L’aspetto nuovo di questa idea è quello di utilizzare alte frequenze che sono facili da rilevare per sondare le frequenze più basse a cui non siamo ancora sensibili”.

I recenti risultati degli array di temporizzazione delle pulsar supportano già l’esistenza di sistemi binari di buchi neri supermassicci. Questa prova è, tuttavia, indiretta e proviene dal segnale collettivo di molti binari distanti che creano effettivamente rumore di fondo.

Il metodo proposto per rilevare singole binarie di buchi neri supermassicci sfrutta i sottili cambiamenti che causano nelle onde gravitazionali emesse da una coppia di piccoli buchi neri di massa stellare vicini.

Il piccolo buco nero binario funziona quindi efficacemente come un faro che rivela l’esistenza dei buchi neri più grandi.

Rilevando le minuscole modulazioni nei segnali provenienti da piccole file binarie di buchi neri, gli scienziati hanno potuto identificare le file binarie di buchi neri supermassicci precedentemente nascoste con masse che vanno da 10 milioni a 100 milioni di volte quella del nostro Sole, anche a grandi distanze.

Lucio Mayer, co-autore dello studio e teorico dei buchi neri presso l’Università di Zurigo, ha aggiunto: “Poiché il percorso per l’antenna spaziale laser interferometrica (LISA) è ora stabilito, dopo l’adozione da parte dell’ESA lo scorso gennaio, la comunità ha bisogno di valutare la migliore strategia per la prossima generazione di rivelatori di onde gravitazionali, in particolare a quale gamma di frequenza dovrebbero mirare – studi come questo portano una forte motivazione a dare priorità alla progettazione di un rivelatore a deci-Hz”.