La rilevazione della più grande esplosione di onde gravitazionali mai registrata ha fornito una prospettiva senza precedenti sugli orizzonti degli eventi, gli enigmatici confini dove nulla può sfuggire all’attrazione di un buco nero.
Nel gennaio 2025, il segnale dell’onda gravitazionale chiamato GW250114 è stato registrato dagli osservatori LIGO, Virgo e KAGRA. Questo fenomeno cosmico ha avuto origine dalla collisione di due buchi neri, ciascuno di circa 32 masse solari, generando increspature nello spazio-tempo stesso.
Un team di scienziati ha analizzato il segnale catturato e ha identificato che un elemento specifico nelle onde gravitazionali corrisponde all’orizzonte degli eventi combinato dei buchi neri nel momento preciso della fusione.
“Siamo stati in grado di misurare l’emissione sonora finale dei buchi neri al momento della collisione”, ha detto Neil Lu, uno dei coordinatori dello studio e ricercatore presso OzGrav, in una dichiarazione ufficiale. Ha spiegato che “all’interno di questo segnale c’è una componente discreta, nota come onde dirette, che non è stata chiaramente compresa. La nostra recente valutazione ci permette di interpretare questa parte e ottenere dati senza precedenti nelle vicinanze dell’orizzonte degli eventi”.
Le recenti scoperte aprono una prospettiva affascinante: i ricercatori possono ora utilizzare le onde gravitazionali come strumento per sondare gli enigmatici confini dei buchi neri.
Come gli orizzonti degli eventi diventano il punto di non ritorno
La nozione di orizzonte degli eventi ha avuto origine nelle soluzioni delle equazioni della teoria della gravità di Albert Einstein, la relatività generale, formulate nel 1915. Il matematico Karl Schwarzschild sviluppò queste soluzioni mentre prestava servizio nell’esercito tedesco, sul fronte orientale, durante la prima guerra mondiale.
Schwarzschild identificò un confine sferico attorno ad un corpo massiccio dove la velocità di fuga supera la velocità della luce. Conosciuto come raggio di Schwarzschild, la dimensione di questa soglia è direttamente proporzionale alla massa dell’oggetto. Per fare un esempio, il raggio di Schwarzschild del Sole sarebbe a circa 3 chilometri dal suo centro, mentre per la Terra sarebbe di appena 9 millimetri. Nei pianeti e nelle stelle questo raggio è contenuto al loro interno.
Diversamente, in un buco nero, il raggio di Schwarzschild si estende all’esterno del corpo, funzionando come un limite esterno che nemmeno la luce può superare: l’orizzonte degli eventi. A questo punto, affinché qualsiasi materia possa sfuggire all’attrazione gravitazionale, dovrebbe raggiungere una velocità maggiore di quella della luce, che, secondo la teoria della relatività speciale di Einstein, richiederebbe energia illimitata. Considerando che nell’universo nulla si muove più velocemente della luce, nulla può lasciare questo orizzonte.
Per comprendere la natura misteriosa di un buco nero, è fondamentale capire che nessun tipo di segnale può superare la velocità della luce. In questo modo, l’orizzonte degli eventi si comporta come una barriera unidirezionale verso qualsiasi informazione. Mentre un buco nero può assorbire dati, l’orizzonte degli eventi ne impedisce l’uscita, il che significa che l’interno di un buco nero rimarrà sempre inosservabile per noi.
Non sorprende quindi che gli scienziati siano molto interessati a studiare gli orizzonti degli eventi e i fenomeni che vi si verificano. L’obiettivo non è solo svelare la fisica della materia che compie questo viaggio irreversibile verso il centro di un buco nero, ma anche comprendere l’influenza di questi giganti cosmici sulla configurazione dello spazio stesso.
L’enorme forza gravitazionale dei buchi neri fa sì che lo spazio-tempo stesso si trascini attorno a loro mentre ruotano, un fenomeno noto come “trascinamento del fotogramma” o effetto Lense-Thirring. Ciò impone una condizione aggiuntiva sugli orizzonti degli eventi: non solo nulla può sfuggire a questo confine, ma nulla può rimanere in quiete. Questo recente studio sta portando gli scienziati a una comprensione più profonda di queste complesse dinamiche.
“Abbiamo analizzato GW250114, il più potente segnale binario di buco nero mai identificato, circa tre volte più intenso del primo rilevato circa dieci anni fa”, ha spiegato Ling Sun, un altro co-leader del team e ricercatore di OzGrav. Ha aggiunto che “la nostra indagine dimostra che questo segnale straordinariamente forte può servire come un potente strumento per esaminare l’orizzonte del buco nero risultante, consentendo la misurazione delle sue due caratteristiche essenziali: la frequenza di rotazione e la gravità sulla sua superficie”.
Inoltre, i risultati ottenuti hanno il potenziale per chiarire il comportamento della gravità nelle condizioni più estreme del cosmo, in particolare in prossimità di un buco nero.
“Queste misurazioni rappresentano un primo passo avanti per i futuri esami della relatività generale, utilizzando le onde dirette”, ha concluso Lu.