Gli astronomi sono da tempo perplessi su un insolito evento di onde gravitazionali rilevato nel 2023: una collisione tra due buchi neri che ha sfidato la saggezza convenzionale su come si formano oggetti così massicci e in rapida rotazione. Il mistero è stato ora risolto, grazie a sofisticate simulazioni al computer che rivelano il ruolo cruciale dei campi magnetici nel modellare questi colossi cosmici.
Nel novembre 2023, rilevatori basati sulla Terra come LIGO, Virgo e KAGRA hanno catturato increspature nello spaziotempo chiamate onde gravitazionali. Questo segnale, denominato GW231123, indicava una collisione di due buchi neri situati a circa 7 miliardi di anni luce di distanza. Ma le caratteristiche di questi buchi neri hanno lasciato gli astronomi in imbarazzo: ciascuno aveva masse circa 100 e 140 volte quella del nostro Sole e ruotava a velocità vicine alla luce.
Il problema? Le teorie attuali suggeriscono che le stelle abbastanza massicce da collassare in buchi neri con masse così straordinarie dovrebbero esplodere come “supernovae di instabilità di coppia”. Questi eventi catastrofici sono così potenti da non lasciare dietro di sé nulla, nemmeno un buco nero. Di conseguenza, gli scienziati non si aspettavano che si formassero buchi neri all’interno di un intervallo di massa compreso tra circa 70 e 140 volte la massa del sole.
Sebbene i buchi neri possano esistere all’interno di questo “gap di massa” dopo la fusione di buchi neri più piccoli esistenti, ciò non era probabile in questo caso. Le fusioni interrompono la rotazione di un buco nero, ma gli oggetti in collisione in GW231123 ruotavano incredibilmente velocemente, alla loro massima velocità di rotazione teorica. Ciò significava che doveva essere in gioco qualcos’altro.
Un team guidato dall’astrofisico Ore Gottlieb del Centro di astrofisica computazionale (CCA) del Flatiron Institute ha accettato la sfida, eseguendo complesse simulazioni al computer dell’evoluzione stellare e delle supernovae. La loro intuizione chiave? Il ruolo dei campi magnetici negli istanti finali di una stella.
I campi magnetici riscrivono il copione
Gli studi precedenti spesso trascuravano i campi magnetici in questi scenari estremi. Gottlieb e il suo team li hanno incorporati nei loro modelli, rivelando una svolta affascinante: i campi magnetici possono influenzare in modo significativo il comportamento del materiale stellare residuo dopo una supernova.
Hanno simulato la morte di una stella massiccia con una massa pari a circa 250 volte quella del Sole, osservandola perdere gran parte della sua massa prima di collassare per formare un buco nero. Quindi, in una simulazione più complessa, hanno preso in considerazione i campi magnetici vorticosi presenti all’interno della nuvola di detriti in espansione che circonda il buco nero appena formato.
“Abbiamo scoperto che questi campi magnetici possono spingere via parte di questo materiale residuo quasi alla velocità della luce”, ha spiegato Gottlieb. Quanto più velocemente la stella ruotava e quanto più forti erano i campi magnetici, tanto più efficientemente la materia poteva essere espulsa.
Questo processo di espulsione riduce di fatto la massa trasferita al buco nero. Ciò significa che anche una stella progenitrice massiccia potrebbe lasciarsi dietro un buco nero relativamente più piccolo all’interno del gap di massa proibito. Le simulazioni hanno dimostrato che, in determinate condizioni, metà della massa stellare iniziale potrebbe essere spazzata via!
Una nuova era nella comprensione dei buchi neri
La scoperta ha implicazioni di vasta portata sul modo in cui comprendiamo la formazione e l’evoluzione del buco nero. Suggerisce:
- Un collegamento tra massa, rotazione e magnetismo: Campi magnetici più forti potrebbero portare a buchi neri con rotazione più leggera e più lenta, mentre campi più deboli potrebbero produrne di più massicci e in rapida rotazione. Questa connessione apre nuove strade per l’indagine.
- Test tramite lampi di raggi gamma: Le simulazioni prevedono che la formazione di questi buchi neri con gap di massa dovrebbe essere accompagnata da un’esplosione di raggi gamma, luce ad alta energia rilevabile sulla Terra. Il rilevamento di una tale esplosione fornirebbe prove evidenti a sostegno di questo modello.
Il mistero di GW231123 è stato risolto, ma solleva domande ancora più intriganti sulla complessa interazione tra campi magnetici e gravità nei drammatici momenti finali delle stelle massicce. Evidenzia come eventi apparentemente “impossibili” possano svelare verità sorprendenti sugli oggetti più enigmatici dell’universo.
