I buchi neri di massa intermedia

RIVELATI DA GW190521 QUELLI COMPRESI TRA GLI STELLARI E I GALATTICI

Il 21 maggio 2019, gli osservatori di onde gravitazionali Ligo e Virgo hanno rilevato congiuntamente un forte segnale. Dopo il ciclo di osservazioni e l’attenta analisi degli eventi registrati, solo adesso viene annunciato l’evento GW190521, attribuendolo alla fusione di due buchi neri massicci.

Questo segnale è intrigante per diversi motivi. Innanzitutto, il prodotto finale della fusione è circa 142 volte la massa del Sole, il che lo pone nella regione dei buchi neri di massa intermedia. Inoltre, i buchi neri originari avevano masse di circa 85 e 66 masse solari, il che significa che almeno uno di essi, tenuto conto delle incertezze riguardanti le distanze, era nel cosiddetto gap di massa d’instabilità di coppia. Infine, questo segnale è il più breve mai registrato, con una durata di soli 0,1 secondi.

I buchi neri finora osservati si dividevano in due classi principali: quelli di massa stellare (dell’ordine delle 10 masse solari) e quelli supermassicci, da milioni a miliardi di masse solari. Tra le due classi c’era un apparente vuoto, quello dei buchi neri con massa intermedia (Imbh), da 100 a 100 mila masse solari. Le prove di esistenza di tali oggetti erano scarse e non definitive, con pochi candidati posti verso la parte superiore dell’intervallo di massa. La rilevazione del prodotto finale di 142 masse solari di GW190521 è quindi un’importante scoperta che conferma l’esistenza degli Imbh e la loro origine dalla fusione di buchi neri più piccoli.

I buchi neri di massa stellare si formano dal collasso di una stella di grande massa al termine della sua vita. Tuttavia, c’è un’instabilità che potrebbe impedire la formazione di buchi neri tra 65 e 120 masse solari, proprio nella gamma di massa dei buchi neri all’origine dell’onda gravitazionale!

Gli esperti di Ligo/Virgo propongono alcune possibili risposte: buchi neri di seconda generazione, vale a dire quelli formatisi a loro volta dalla fusione di buchi neri più piccoli, generati dal collasso stellare, in sistemi multipli o in superammassi stellari. In un tale scenario, le componenti più massicce esplodono a turno come brillanti supernove, e il nucleo di ognuna di esse collassa in un buco nero di alcune masse solari. I buchi neri così formatisi andranno incontro a coalescenze. GW190521 potrebbe essere il risultato di una tale situazione con quattro buchi neri di massa stellare che si sono fusi gerarchicamente, per formare infine un Imbh.

Un’altra possibilità è la fusione di una stella evoluta, cioè una gigante rossa, con una compagna di massa minore di sequenza principale. In tale scenario, si creerebbe una stella gigante ringiovanita, in grado di collassare direttamente in un buco nero con una massa tale da porlo nel gap di massa intermedia.

Un altro scenario contempla buchi neri di massa stellare in orbita intorno a un buco nero supermassiccio al centro di una galassia. I centri galattici sono zone affollate e alcuni di questi buchi neri stellari hanno maggiori probabilità di nutrirsi di stelle o fondersi con altri buchi neri, sino a formare quelli della massa coinvolta nell’evento GW190521.

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