Le onde gravitazionali: uno strumento per osservare i buchi neri

La teoria di Einstein della relatività generale predice le Increspature nello spazio-tempo generate da coppie di buchi neri. Quando si uniscono le galassie, i buchi neri supermassicci, che si pensa stiano al centro di grandi galassie, si incontrano inevitabilmente. In primo luogo questi ballano insieme, successivamente avviene un abbraccio disperato prima della loro fusione.

Le previsioni della relatività generale suggeriscono che verso la fine della loro danza, i buchi neri emettono onde gravitazionali. Gli scienziati che lavorano al progetto CBHEO (Connecting numerical simulations of black holes with experiment and observations), finanziato dall’UE, hanno generato forme d’onda “modello” che dovrebbero corrispondere a tali segnali astrofisici.

La comunità scientifica si aspetta che le forme d’onda osservate includano i segnali provenienti dai due buchi neri che si congiungono a spirale, così come dalla loro fusione e dalla risultante fase di ring-down. I modelli di ricerca generati dagli scienziati del progetto CBHEO, i quali utilizzano relatività numerica e tecniche post-newtoniane, comprendono tutte queste caratteristiche.

In particolare, la porzione inspiral della forma d’onda è stata modellizzata usando calcoli analitici post-newtoniani. D’altra parte, è stato necessario l’impiego di soluzioni numeriche alle equazioni di campo della relatività generale al fine di modellizzare con precisione le orbite finali e la fusione dei buchi neri.

Tali forme d’onda ibride sono state aggiunte ai dati ricalcolati in merito alle previsioni delle curve di sensibilità per l’interferometro laser VIRGO e l’osservatorio LIGO. I dati risultanti sono stati analizzati da algoritmi di rilevazione di onde gravitazionali come parte dello sforzo collaborativo del progetto NINJA (Numerical Injection Analysis).

Gli scienziati del progetto CBHEO hanno modellizzato anche collisioni tra partoni prodotte dalla fusione di buchi neri. Tale studio è stato motivato dalla possibilità di formare buchi neri durante gli esperimenti di collisione delle particelle, come predetto da nuove teorie della gravità. I principali risultati delle simulazioni riguardano la quantità di energia e il momento angolare persi nelle onde gravitazionali.

Armati con i risultati del progetto CBHEO sulle dinamiche dei buchi neri, gli scienziati sperano di identificare delle firme relative alle onde gravitazionali. In cambio, poiché i buchi neri sono molto difficili da osservare, le informazioni sulle onde gravitazionali potrebbero rivelarsi un nuovo e potente strumento in astrofisica.