il loro studio, pubblicato su Nature e guidato dal professor Mark Hannam, dal dottor Charlie Hoy e dal dottor Jonathan Thompson, riporta che questa è la prima volta che questo effetto, noto come precessione, è stato visto nei buchi neri, dove la torsione è 10 miliardi di volte più veloce rispetto alle osservazioni precedenti.

Il sistema binario di buchi neri è stato trovato attraverso le onde gravitazionali all'inizio del 2020 dai rivelatori Advanced LIGO e Virgo. Uno dei buchi neri, 40 volte più grande del nostro Sole, è probabilmente il buco nero che ruota più velocemente identificato con questo metodo. E a differenza di tutte le osservazioni precedenti, il buco nero in rapida rotazione ha distorto lo spazio e il tempo così tanto che l'intera orbita del binario oscilla avanti e indietro.

Questa particolare forma di precessione è prevista della teoria della relatività generale di Einstein e i nuovi risultati ne confermano l'esistenza anche per l'evento fisico più estremo che conosciamo, la collisione di due buchi neri.
"Abbiamo sempre pensato che i buchi neri binari potessero fare questo", ha affermato Hannam del Gravity Exploration Institute dell'Università di Cardiff. "Speravamo di individuare un esempio sin dai primi rilevamenti delle onde gravitazionali ma abbiamo dovuto aspettare cinque anni e oltre 80 rilevamenti separati. Ora finalmente ne abbiamo uno!"

Secondo i ricercatori, il buco nero in rapida rotazione ha talmente distorto lo spazio-tempo da far oscillare l'intera orbita del sistema binario.

L'esempio più veloce di precessione precedentemente misurato riguardava le stelle di neutroni chiamate pulsar binarie ma il moto di precessione ha impiegato 75 anni prima di dare i suoi frutti. Il buco nero binario in questo studio, invece, noto come GW200129 (dal nome della data in cui è stato osservato, 29 gennaio 2020), compie diversi precessi in un secondo, un effetto 10 miliardi di volte più forte che con le pulsar binarie.

GW200129

GW200129 era stato al centro di altri studi perché potrebbe essere un esempio di buco nero canaglia. Analizzando i dati, gli scienziati hanno recentemente scoperto che il buco nero creato dalla collisione e fusione è stato lanciato nello spazio a 4,8 milioni di chilometri orari, una scoperta descritta da un membro del team come "sorprendente e scioccante".

Quando i buchi neri orbitano l'uno intorno all'altro, emettono onde gravitazionali, essenzialmente radiazioni gravitazionali, che portano via energia e momento angolare mentre si increspano attraverso il tessuto dello spazio. Queste emissioni causano il restringimento dell'orbita, portando a una collisione e alla fusione dei buchi neri. Se i buchi neri hanno masse o spin disuguali, tuttavia, ciò porta a un'asimmetria nell'emissione delle onde gravitazionali, che prendono principalmente una direzione. Poiché le leggi di base della fisica richiedono che la quantità di moto debba essere conservata, questa asimmetria si traduce in un grande calcio, che fa indietreggiare il buco nero residuo nella direzione opposta.

Questi grandi calci sono previsti quando il piano orbitale della fusione "oscilla". La precessione orbitale è osservabile come una piccola modifica di ampiezza nel segnale dell'onda gravitazionale.

Effetti nascosti

Il dottor Thompson, anche lui dell'Università di Cardiff, ha spiegato: "È un effetto molto difficile da identificare. Le onde gravitazionali sono estremamente deboli e per rilevarle è necessario l'apparato di misurazione più sensibile della storia. La precessione è un effetto ancora più debole sepolto all'interno del segnale già debole, quindi abbiamo dovuto fare un'analisi attenta per scoprirlo".

Le onde gravitazionali sono state previste da Einstein nel 1916 e rilevate per la prima volta direttamente dalla fusione di due buchi neri da parte degli strumenti Advanced LIGO nel 2015, una scoperta rivoluzionaria che ha portato al Premio Nobel 2017. L'astronomia delle onde gravitazionali è ora uno dei campi più vivaci della scienza, con una rete di rivelatori Advanced LIGO, Virgo e KAGRA operanti negli Stati Uniti, in Europa e in Giappone. Ad oggi ci sono stati oltre 80 rilevamenti, tutti scaturiti dalla fusione di buchi neri o stelle di neutroni.

Regola o eccezione

"Finora la maggior parte dei buchi neri che abbiamo trovato con le onde gravitazionali hanno ruotato abbastanza lentamente", ha detto il dottor Charlie Hoy, ricercatore presso l'Università di Cardiff durante questo studio e ora presso l'Università di Portsmouth. "Il buco nero più grande in questo binario, che era circa 40 volte più massiccio del Sole, stava ruotando quasi il più velocemente di quanto fosse fisicamente possibile. I nostri attuali modelli di come si formano i binari suggeriscono che questo è estremamente raro, forse un evento su mille O potrebbe essere un segno che i nostri modelli devono cambiare".

La rete internazionale di rivelatori di onde gravitazionali è attualmente in fase di aggiornamento e inizierà la sua prossima ricerca nell'universo nel 2023. È probabile che trovino centinaia di altri buchi neri in collisione e diranno agli scienziati se GW200129 è stata una rara eccezione o un segno che il nostro universo è ancora più strano di quanto pensassero.