Buco nero o stella di neutroni? Le onde gravitazionali rivelano il destino delle stelle morenti

Le ricerche più recenti indicano che i moderni rilevatori di onde gravitazionali potrebbero essere in grado di “ascoltare” le supernove a collasso nucleare più potenti a distanze molto maggiori rispetto a quanto finora possibile. Si stima che i rilevatori potrebbero captare questi eventi fino a 65 milioni di anni luce, ben oltre la Via Lattea , arrivando fino al cluster della Vergine . Questa capacità permetterebbe agli scienziati di scoprire se la stella massiccia morente che ha generato la supernova ha lasciato dietro di sé un buco nero o una stella di neutroni .

Dal momento in cui sono state rilevate per la prima volta le sottili deformazioni dello spaziotempo , conosciute come onde gravitazionali, derivanti da collisioni e fusioni tra buchi neri e stelle di neutroni, l’ Osservatorio Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti, il Virgo in Italia e il Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) in Giappone hanno spalancato una nuova finestra sull’ universo . Questa forma innovativa di astronomia consente di “ascoltare” alcuni dei fenomeni più violenti e drammatici del cosmo .

La generazione attuale dei rilevatori di onde gravitazionali, che operano all’interno della collaborazione LIGO-Virgo-Kagra (LVK) , è progettata per captare le onde gravitazionali prodotte dalle esplosioni delle supernove che segnano la fine delle stelle massicce, seguita dalla formazione di un buco nero o di una stella di neutroni. Tuttavia, fino ad ora, non sono riusciti a rilevare il caratteristico “cinguettio” acuto che si dovrebbe sentire durante le supernove nella nostra galassia .

Secondo la teoria della relatività generale formulata da Einstein nel 1915, oggetti in accelerazione emettono onde gravitazionali. Questo significa che, quando buchi neri e stelle si avvicinano, emettono onde gravitazionali a bassa frequenza, le quali culminano in un suono acuto durante la collisione e fusione, spesso risultando in un buco nero più massiccio.

Le supernove causate dal collasso rapido del nucleo centrale dovrebbero anch’esse produrre queste emissioni di onde gravitazionali, ma diversamente dalle fusioni tra resti stellari densi, come i buchi neri e le stelle di neutroni, il segnale prodotto dalle supernove non è ancora stato individuato.

Maurice van Putten , dell’ università Sejong , ha affermato: “Considerando le capacità attuali degli osservatori LVK e i nostri calcoli, stimiamo che, in condizioni ottimali, si possa rilevare circa un evento all’anno”. Tuttavia, in uno scenario più conservativo, che tenga conto di condizioni meno favorevoli e dei cicli operativi limitati dei rivelatori, si prevede una frequenza di rilevamento di pochi eventi per decennio.

Questi numeri rappresentano comunque un miglioramento significativo rispetto ai due eventi per secolo che si stima possano avvenire all’interno della Via Lattea .

Il team si è concentrato su un particolare tipo di supernova a collasso nucleare , chiamato Tipo-1c . Questo tipo di supernova si verifica quando una stella massiccia esplode dopo aver perso il suo strato esterno di idrogeno ed elio . Una sottoclasse di queste supernove è particolarmente interessante, poiché l’espansione del materiale espulso è molto rapida e associata a lampi di energia intensa chiamati burst gamma-ray lunghi (GRB) .

Il risultato finale di queste esplosioni è probabilmente un buco nero che ruota velocemente, circondato da un enorme “serbatoio energetico” sotto forma di momento angolare . Il momento angolare di questi buchi neri è significativamente superiore rispetto a quello di una stella di neutroni formata dallo stesso processo di collasso.