LIGO-Virgo-KAGRA rivelano la più massiccia fusione di buchi neri di sempre

Le onde gravitazionali da buchi neri massicci sfidano gli attuali modelli astrofisici

La collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) ha annunciato la rivelazione della fusione dei buchi neri più massicci mai osservati con le onde gravitazionali, utilizzando gli osservatori LIGO Hanford e Livingston, finanziati dalla National Science Foundation statunitense. La fusione ha prodotto un buco nero finale di massa oltre 225 volte superiore a quella del nostro Sole. Il segnale, denominato GW231123, è stato osservato durante il quarto periodo di osservazione (O4) della rete LVK il 23 novembre 2023.

I due buchi neri che si sono fusi avevano una massa pari a circa 103 e 137 volte quella del Sole. Oltre alle loro masse elevate, sono anche in rapida rotazione, il che rende questo segnale unico e difficile da interpretare e suggerisce la possibilità di una storia di formazione complessa.

“La scoperta di un sistema così massiccio e altamente rotante rappresenta una sfida non solo per le nostre tecniche di analisi dei dati – afferma Ed Porter, ricercatore presso il laboratorio di Astroparticelle e Cosmologia (APC) del CNRS di Parigi – ma avrà un effetto importante sugli studi teorici dei canali di formazione dei buchi neri per molti anni a venire. In realtà gli attuali modelli di evoluzione stellare non consentono l’esistenza di buchi neri così massicci, che potrebbero essersi formati attraverso precedenti fusioni di buchi neri più piccoli”.

Circa 100 fusioni di buchi neri sono state fino ad oggi osservate attraverso le onde gravitazionali e analizzate e condivise con la più ampia comunità scientifica. Finora la binaria più massiccia era la sorgente di GW190521, con una massa totale molto più piccola, “solo” 140 volte quella del sole.

Esplorare i limiti dell’astronomia delle onde gravitazionali

L’elevata massa e la rotazione estremamente rapida dei buchi neri in GW231123 spingono al limite le capacità di rivelazione della tecnologia delle onde gravitazionali. Inoltre l’estrazione di informazioni accurate dal segnale ha richiesto l’uso di modelli teorici che tengano conto della complessa dinamica dei buchi neri in forte rotazione.

“Questo evento spinge la nostra strumentazione e le nostre capacità di analisi dei dati al limite di ciò che è attualmente possibile”, afferma la dott.ssa Sophie Bini, ricercatrice post-dottorato a Caltech. “È un potente esempio di quanto possiamo imparare dall’astronomia delle onde gravitazionali e di quanto ancora ci sia da scoprire”.

I rivelatori di onde gravitazionali come LIGO negli Stati Uniti, Virgo in Italia e KAGRA in Giappone sono progettati per misurare le minime deformazioni dello spazio-tempo causate da eventi cosmici violenti come le fusioni di buchi neri. Il quarto ciclo di osservazioni è iniziato nel maggio 2023 e i risultati della prima metà del ciclo (fino a gennaio 2024) saranno pubblicati nel corso dell’estate.

“Grazie al periodo di osservazione continuativa più lungo mai effettuato e alla maggiore sensibilità dei rivelatori, la quarta campagna di osservazione LIGO-Virgo-KAGRA sta fornendo nuove preziose intuizioni per la nostra comprensione dell’universo – afferma Viola Sordini, ricercatrice presso l’Istituto di Fisica dei due Infiniti (IP2I) del CNRS a Lione e vice-spokesperson della Collaborazione Virgo. – Questa entusiasmante scoperta apre una nuova stagione di risultati, con molti altri attesi nel corso dell’estate e un flusso continuo di scoperte previsto per i prossimi due anni. Le pubblicazioni dei risultati sono seguite naturalmente dalla condivisione dei dati con tutta la comunità scientifica in favore dell’open science.”

GW231123 sarà presentato alla 24esima Conferenza Internazionale sulla Relatività Generale e la Gravitazione (GR24) e alla 16esima Conferenza Edoardo Amaldi sulle Onde Gravitazionali, che si terranno congiuntamente come GR-Amaldi a Glasgow, nel Regno Unito, dal 14 al 18 luglio 2025.

La collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA

LIGO è finanziato dalla NSF e gestito da Caltech e MIT, che hanno ideato e realizzato il progetto. Il sostegno finanziario al progetto Advanced LIGO è stato guidato dalla NSF, con significativo impegno e contributi da parte di Germania (Max Planck Society), Regno Unito (Science and Technology Facilities Council) e Australia (Australian Research Council). Oltre 1.600 scienziati di tutto il mondo partecipano al progetto attraverso la LIGO Scientific Collaboration, che include la GEO Collaboration. Altri partner sono elencati sul sito https://my.ligo.org/census.php. 

La Collaborazione Virgo è attualmente composta da circa 1.000 membri provenienti da 175 istituzioni di 20 paesi diversi (principalmente europei). L’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) ospita il rivelatore Virgo vicino a Pisa ed è finanziato dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia, dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia, dall’Istituto Nazionale di Fisica Subatomica (Nikhef) nei Paesi Bassi, dalla Fondazione per la Ricerca delle Fiandre (FWO) e dal Fondo Belga per la Ricerca Scientifica (F.R.S.-FNRS). Un elenco dei gruppi della Collaborazione Virgo è disponibile all’indirizzo: https://www.virgo- gw.eu/about/scientific-collaboration/. Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito web di Virgo: https://www.virgo-gw.eu. 

KAGRA è un interferometro laser con bracci di 3 km a Kamioka, Gifu, Giappone. L’istituto ospitante è l’Istituto per la Ricerca sui Raggi Cosmici (ICRR) dell’Università di Tokyo, e il progetto è co-ospitato dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) e dall’Organizzazione per la Ricerca sugli Acceleratori ad Alta Energia (KEK). La collaborazione KAGRA è composta da oltre 400 membri provenienti da 128 istituti di 17 Paesi/regioni. Le informazioni sul KAGRA per il pubblico generale sono disponibili sul sito web https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Le risorse per i ricercatori sono accessibili da http://gwwiki.icrr.u-okyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA. 

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