Riassunto:
Quando nell'universo si verifica un evento astronomico estremo in cui due buchi neri si scontrano e si fondono, il buco nero più grande appena formato tremerà come una campana di ottone colpita o una corda di chitarra pizzicata e rilascerà increspature di onde gravitazionali mentre si livella gradualmente. Per molto tempo la comunità astronomica è stata limitata dai metodi di osservazione e analisi e spesso riesce a catturare solo il tono principale più forte, mentre i deboli riverberi che lo seguono sono nascosti nel rumore.
Recentemente, un gruppo di ricerca dell'Università di Cambridge nel Regno Unito ha pubblicato i suoi ultimi risultati in Physical Review Letters. Hanno sviluppato una nuova tecnologia in grado di identificare e catalogare con elevata precisione le caratteristiche del “richiamo” delle fusioni dei buchi neri, aprendo un nuovo modo per testare la teoria della relatività generale di Einstein nell’ambiente gravitazionale più estremo dell’universo.
In fisica, le vibrazioni caratteristiche emesse dai buchi neri nella fase di "Ringdown" dopo la collisione sono chiamate "Modi Quasinormali". Queste frequenze di tremore sono determinate interamente dalla massa e dalla rotazione del nuovo buco nero, equivalenti all’esclusiva “impronta digitale dell’onda gravitazionale” del buco nero. Misurando accuratamente questi modelli, gli scienziati possono non solo ricostruire le proprietà di base dei buchi neri fusi, ma anche verificare l'applicabilità della teoria di Einstein sotto il limite dei forti campi gravitazionali. Tuttavia, oltre alle vibrazioni della frequenza fondamentale, molte armoniche più deboli e in rapida attenuazione sono state estremamente difficili da identificare direttamente, e i circoli accademici sono da tempo in disaccordo sul tempo di esistenza e sulla composizione specifica di queste modalità.
Per superare questo problema, il primo autore Richard Dyer dell'Istituto di Astronomia dell'Università di Cambridge e il suo collaboratore Dr. Christopher Moore hanno costruito un quadro di analisi sistematica basata sui dati basata sull'analisi statistica bayesiana. Questo metodo valuta sistematicamente vari tipi di prove di dati per determinare la spiegazione fisicamente plausibile più ragionevole per il segnale osservato. Il gruppo di ricerca ha applicato questa tecnologia a un set di dati pubblici altamente precisi di simulazioni numeriche di fusioni di buchi neri. Al confine teorico che può misurare chiaramente le onde gravitazionali, hanno condotto con successo un’indagine completa su varie modalità di collisione del buco nero con diversi rapporti di massa e configurazioni di spin.
I risultati dell'analisi mostrano che questo metodo non solo ha estratto con successo la frequenza fondamentale del suono del buco nero e gli "sovratoni" (Overtones) che scompaiono rapidamente, ma ha anche catturato acutamente la "modalità non lineare" che prima era difficile da trovare. Questa modalità è una vibrazione composita prodotta dall'interazione di due o più frequenze fondamentali. L'effetto fisico è simile ai complessi toni riprodotti da una chitarra elettrica sotto forte distorsione.
Il gruppo di ricerca ha sottolineato che la fase di caduta della campana è una delle finestre più potenti che consentono agli esseri umani di rilevare direttamente la natura dei buchi neri. Questa nuova tecnologia non solo fornisce un chiaro punto di riferimento teorico per risolvere controversie di lunga data sul riconoscimento dei modelli, ma migliorerà anche significativamente le capacità di interpretazione dei dati dei rilevatori di onde gravitazionali esistenti (come LIGO e Virgo) e degli osservatori spaziali e terrestri di prossima generazione (come il telescopio europeo Einstein e la missione LISA). Identificando le precise frequenze delle forme d'onda che dovrebbero essere ricercate in diversi scenari di collisione, i fisici saranno in grado di testare su una scala di precisione più impegnativa se i prodotti della fusione seguono rigorosamente le previsioni delle equazioni della relatività generale.
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