Categorie: Relatività Stelle di neutroni Struttura galattica
Tags: buchi neri galattici onde gravitazionali pulsar radar
Scritto da: Vincenzo Zappalà
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I buchi neri galattici non si uniscono. Ce lo dicono le onde gravitazionali. **
NEWS! Rilevate le onde gravitazionali, la cronaca della prima osservazione e dei successivi sviluppi la trovate QUI
Le onde gravitazionali sono uno dei fenomeni che tutti sperano di poter osservare prima o poi. Sembra sempre di esserci vicini, ma poi si deve accettare la limitatezza degli strumenti e avere ancora pazienza. Forse pochi anni, forse qualcuno di più. Tuttavia, esse ci hanno dato un primo segno flebile ma decisivo, dimostrandoci che i buchi neri galattici non amano crescere unendosi assieme. E questa è una non-notizia che darà parecchio filo da torcere.
Richiamiamo brevemente il fenomeno delle onde gravitazionali. Quando un oggetto estremamente massiccio cambia velocità o direzione, “stropiccia” lo spazio-tempo come può fare una mano che entra e si agita in un catino d’acqua. Questa piega nel tessuto del Cosmo si trasmette nello spazio, come farebbe una vera e propria onda marina. Malgrado siano legate a fenomeni di altissima energia, le deformazioni dello spazio-tempo sono estremamente piccole se cerchiamo di rivelarle sulla Terra. Ben altra cosa sarebbe poter osservare questo meccanismo a distanza ravvicinata, ma l’Universo è immenso e non si può pretendere troppo. Oltretutto, è sicuramente meglio così, dato che assistere troppo da vicino ad una increspatura dello spazio-tempo sarebbe un’esperienza da non augurare nemmeno al peggior nemico.
Deformazioni dello spazio tempo vuole anche dire cambiamento delle posizioni degli oggetti che ne vengono investiti. A parole sembrerebbe facile misurarle, ma le posizioni non sono così precise da poter risalire a una loro effettiva variazione. Riassumiamo il problema di fondo: uno o più oggetti, mentre si muovono violentemente, causano una deformazione dello spazio tempo. Questa deformazione si propaga nello spazio come un’onda. Tutto ciò che incontra subisce una variazione di posizione. Alla fine, l’onda arriva anche sulla Terra, ma, al momento, non abbiamo nessuno strumento in grado di verificare uno spostamento di tale entità. Come un maremoto a distanza di milioni di chilometri di oceano. Darebbe luogo a un’onda troppo piccola per essere notata.
Tuttavia, vi sono oggetti nell’Universo che mandano continuamente segnali di precisione estrema. Qualsiasi piccola variazione subiscano nella loro posizione non passa inosservata, anche se misurata a migliaia di anni luce di distanza. Questi oggetti sono le pulsar, orologi di precisione estrema. La loro rotazione è scandita da segnali radio che giungono a noi con una precisione fantastica, dell’ordine del decimo di microsecondo. Se una di esse si muovesse anche di pochissimo cambierebbe immediatamente anche la durata del tempo necessario a far giungere il loro segnale fino a noi. Se le immaginiamo come fari cosmici, vorrebbe dire che la loro luce arriverebbe un po’ in anticipo e un po’ in ritardo a seconda dell’onda gravitazionale che la investe. O, se preferite, sarebbero come tappi di sughero sopra un’onda: un po’si alzano e un po’ s’abbassano, variando di un pochino la loro distanza da noi. Questo cambiamento di distanza è inviato attraverso segnali radio, la cui precisione è perfettamente legata alle variazioni che subiscono le pulsar. Se gli strumenti per misurare le distanza sono ancora imprecisi, non lo sono più i nostri orologi. Il tempo di arrivo del segnale è rivelato con accuratezza estrema.
In Australia, sono 20 anni che si osservano continuamente un certo numero di pulsar, proprio per verificare questi inattesi cambiamenti nel loro segnale sempre cadenzato e perfetto. L’intensità di queste variazioni ci informa in qualche modo dell’intensità delle onde gravitazionali che le investono. Vent’anni è un periodo sufficiente per tirare le somme e per vedere con che frequenza si manifestano gli “ondeggiamenti” delle pulsar (e, come detto, anche il valore della loro intensità media). Non si sa dove nascono le onde gravitazionali, sicuramente un po’ dappertutto e con violenza diversa, ma si può ricavare una stima media della loro intensità.
A questo punto, possiamo definire i risultati rilevati sulle pulsar come una specie di rumore di fondo, dovuto alle onde gravitazionali che attraversano la nostra galassia e che colpiscono i “precisissimi” fari cosmici. Gran bel risultato, ma ancora ben lontano dallo studiare l’andamento e l’origine di un’onda gravitazionale. Per quello bisogna ancora aspettare (speriamo poco, dato che Einstein ha proprio voglia di avere una nuova conferma della sua straordinaria teoria).
Tuttavia, questo rumore di fondo ci offre già un NON-risultato su un piatto d’argento. Seguitemi attentamente. Il rumore di fondo dovrebbe essere dominato dall’azione degli oggetti più massicci dell’Universo. Sapete tutti chi sono: i buchi neri galattici. Sono sicuramente loro che dovrebbero inviare le onde più potenti. Praticamente, tutte le galassie ne hanno uno al loro centro ed essi sono di dimensioni veramente mostruose.
Attenzione, però. Quando due buchi neri galattici si uniscono, non lo fanno con delicatezza e nemmeno velocemente. Eseguono una specie di danza rituale, che li vede ruotare attorno al comune baricentro, avvicinarsi, allontanarsi, cambiare drasticamente direzione e, infine, piombare uno sull’altro. Insomma, proprio ciò che dovrebbe causare onde gravitazionali. Anzi, dato che essi sono gli oggetti più massicci dell’Universo, le onde gravitazionali più intense e probabilmente anche più frequenti. In altre parole, sono loro che dovrebbero produrre il rumore di fondo “sentito” attraverso le pulsar.
Ed eccoci, finalmente, alla risposta negativa. L’intensità dei segnali che riceviamo dalle pulsar, ossia l’intensità dei loro spostamenti dovuti alle onde che le investono, è troppo debole per essere dovuta all’unione di buchi neri galattici. Il segnale dovrebbe essere nettamente più rumoroso di quanto non dicano le osservazioni. Conclusione? La fusione di buchi neri non è un fenomeno frequente nel Cosmo, né può essere il sistema per ingrassare i giganti galattici. Sembra proprio che non ci sia niente da fare. Bisogna cambiare teoria. L’Universo si diverte ancora una volta a metterci alla prova. Accidenti… era tanto bella la danza dei buchi neri.
Ah… non ditemi che potrebbe essere sbagliata la teoria che prevede le onde gravitazionali. Esse, in realtà, vengono misurate dalle pulsar (e quindi sicuramente ci sono), ma non possono provenire da due giganti in rotta di collisione. E, poi, chi si sentirebbe di dire che Einstein ha sbagliato nel valutare la loro intensità? Le prove della sua teoria sono sotto gli occhi di tutti ogni singolo giorno. No, temo proprio che i buchi neri s’ingrassino in altro modo…
Articolo originario QUI (ovviamente a pagamento...)
20 commenti
Caro enzo avrei una domanda da fare su quest'articolo se i buchi neri galattici non si uniscono a formarne uno più grande che succederà tra 2,5 miliardi di anni quando la mia galassia preferita Andromeda e la Via lattea si uniranno con la Galassia Triangolo a formare una super galassia?
Resteranno tre buchi neri galattici separati?
Uno o più buchi neri si sposteranno negli ex bracci a spirale magari distruggendo la probabile vita esistente?
Alcuni verranno espulsi nello spazio siderale?
Ciao a tutti!
caro Corvo...
è proprio quello che vorremmo sapere anche noi...
Non ci resta che aspettare...
Caro Enzo, scusami tanto ma purtroppo questo non è un grande periodo per le mie scarse conoscenze sulla relatività, mi ci trovo a cozzarre ed essere preso in fallo un po’ troppo spesso! L
Ad esempio in questo articolo io sarei stato tentato di postulare una conclusione diversa.
Infatti, se l’unione di due buchi neri deve produrre onde gravitazionali di estrema intensità, e non essendo state rilevate con quello stupefacente mezzo che hai indicato (tra l’altro non mi sarei mai immaginato che le pulsar potessero essere usate per rilevare tali onde) bisognerebbe giungere alla conclusione che nelle galassie esaminate non ci siano due buchi supermassicci in corso di unione.
Questo però può essere dovuto solo a due fenomeni:
1- I buchi neri si sono già uniti.
2- Non ci sono due buchi neri che si dovevano unire.
L’ultima conclusione è però la più delicata in quanto, se non ci sono due o più BN supermassicci da unirsi, vorrebbe dire che la maggior parte delle galassie che si sono unite a formare quella definitiva che esaminiamo non avevano un BN al loro interno.
Ciò metterebbe in discussione i principi in basi ai quali riteniamo si formino le galassie.
Non è più facile invece pensare che nelle galassie esaminate l’unione dei buchi neri si sia già verificata?
Postulando che i BN non possono orbitare uno intorno all’altro (altrimenti sarebbero stati rilevati) magari il processo di fusione è solo più rapido del previsto…
Ciao Enzo, quindi è possibile che nel caso di unione tra due galassie si formino dei sistemi binari di buchi neri ? Oppure non siamo ancora in grado di capire cosa può succedere?
caro Alexander,
dici cose più che sensate. Si potrebbe dire che l'unione di galassie sia un fenomeno che sta riducendosi nel tempo e che era sicuramente più attivo quando esistevano AGN a iosa. Può darsi che nei dintorni (temporali e spaziali) delle pulsar osservate non siano giunte le onde dei mostri che si erano uniti. D'altra parte possiamo leggere solo le onde che sono partite abbastanza vicine a noi (ossia in galassie relativamente vicine): se il maremoto è stato troppo lontano le onde che riceviamo sono ormai indecifrabili.
Più difficile credere a eventi rapidissimi. Innanzitutto perchè la fisica lo vieterebbe e poi produrrebbero lo stesso un picco di onde gravitazionali.
Non vorrei nemmeno tralasciare del tutto (detto fra noi... sssshhh!) che l'intensità prevista non sia proprio quella che viene osservata. In altre parole, che sia precisa la teoria e il meccanismo di propagazione, ma vi sia qualcosa che abbassa il segnale...
A noi non resta che aspettare le novità...
caro Marko,
direi la seconda che hai detto (e guarda anche cosa ho detto ad Alexander, ma non dirlo in giro...
)
Gentile Vincenzo vorrei fare una domanda un po' bizzarra e magari priva di senso.potrebbe darsi che queste onde gravitazionali oltre una certa soglia invece che percorrere lo spazio tempo lo stirino producendone l'espansione, che siano cioè l'opposto di cio' che tende a riunire tutta la materia in un solo punto?
caro gabriel,
Immagina un lenzuolo in cui è posta una pietra. Essa crea una depressione, deformando il lenzuolo (lo spazio-tempo). Le cose cadono verso di lei perché enrano nella depressione. Così funziona la gravità. Immagina adesso di far ruotare la pietra velocemente. Tutto il lenzuolo si stropiccia e qualche oggetto posto su di lui viene spostato seguendo il lenzuolo. Questa piega,che si propaga come un'onda, è l'onda gravitazionale. Non può quindi essere un'espansione dato che andrebbe contro alla natura stessa della deformazione causata dalla massa: una cosa è increspare e un'altra è dilatare il lenzuolo.
Sempre che abbia capito cosa intendi dire (non ne sono sicuro...)
@Enzo
Chissa' se dopo un secolo il scopriamo una previsikne poco precisa del grande scienziato.
Speriamo di no, io faccio sempre il tifo per lui!
no, non ci credo :mrgreen:. Se non altro perchè in fondo sono state provate. Quello che può essere sbagliato (?) è il metodo di rivelarle, o -meglio- il modo di valutarne l'intensità. Non voglio nemmeno pensarci...
Ciao Enzo!.
Ho un pensiero da niubbo, dovuto a mie lacune in materia.
Un corpo massiccio, chiamiamolo A, curva lo spazio-tempo formando una sorta di valle come nel tuo esempio pietra-lenzuolo.
Ora un corpo vicino, chiamiamolo B, tenderà a "rotolare" lungo la valle e quindi è come se fosse attratto dal corpo A.
Ma nell'esempio è la forza di gravità terrestre che fa rotolare il corpo B verso il corpo A nella valle del lenzuolo giusto?
Nello spazio che forza spinge un corpo a "rotolare" in queste deformazioni dello spazio-tempo?
Provo a essere più coinciso nella domanda.
Questi 2 ipotetici corpi si attraggono per una deformazione del tessuto spazio-temporale o perchè esiste una forza che li attira?
Nello spazio non credo che un corpo sia sottoposto ad un concetto di discesa o salita come un oggetto che sta accanto alla pietra nel lenzuolo dell'esempio.
Spero di essere stato chiaro anche se non ci credo moltissimo. : )
Un salutone a tutti!
Andrea.
ciao Andrea!
ti rispondo a pezzi...
Un corpo massiccio, chiamiamolo A, curva lo spazio-tempo formando una sorta di valle come nel tuo esempio pietra-lenzuolo.
Ora un corpo vicino, chiamiamolo B, tenderà a “rotolare” lungo la valle e quindi è come se fosse attratto dal corpo A.
Fin qui tutto giusto, ricorda però che il tutto avviente nello spazio e quindi il lenzuolo non ha due ma tre dimensioni.
Ma nell’esempio è la forza di gravità terrestre che fa rotolare il corpo B verso il corpo A nella valle del lenzuolo giusto?
Nello spazio che forza spinge un corpo a “rotolare” in queste deformazioni dello spazio-tempo?
In generale, una stella o un qualsiasi cosa di massiccio crea una deformazione nello spazio-tempo, dove altri oggetti più piccoli tendono a cadere o si mettono a ruotargli attorno. Si formano le onde gravitazionali quando il corpo (o due corpi) si muovono rapidamente o ruotano vorticosamente. Devono però avere una massa enorme per farci sperare di "sentire" questa vibrazione dello spazio-tempo (ossia del lenzuolo...).
Questi 2 ipotetici corpi si attraggono per una deformazione del tessuto spazio-temporale o perchè esiste una forza che li attira?
La prima che hai detto (in relatività la forza di gravità diventa una deformazione dello spazio-tempo)
Nello spazio non credo che un corpo sia sottoposto ad un concetto di discesa o salita come un oggetto che sta accanto alla pietra nel lenzuolo dell’esempio.
Come ti ho detto all'inizio devi riuscire a immaginare un lenzuolo a tre dimensioni. Da qualsiasi parte arrivi cadi dentro al buco formato nello spazio tempo dall'oggetto di grande massa. Ogni vibrazione di questo lenzuolo a 3D causa un'onda che stropiccia lo spazio tempo e si propaga ovunque nello spazio.
Un salutone a tutti!
Andrea.
Anche a te e spero di averti chiarito le idee.
Enzo
Quindi il metodo di formazione dei buchi neri galattici resta ancora un mistero....il tempo ci darà la risposta, o meglio lo spazio-tempo
Che articolo interessante!
Ho una curiosità. Cosa succederebbe se un'onda gravitazionale mi attraversasse? Diciamo, un'onda che per qualche istante dilatasse lo spazio tra la mia testa e i miei piedi di un metro o giù di lì (se è questo che fanno le onde gravitazionali, comprimere ed espandere lo spazio che attraversano, un po' come fa il suono). Me ne accorgerei? Il mio corpo si espanderebbe o comprimerebbe al pari dello spazio e io non noterei alcuna differenza? Oppure mi staccherei dal pavimento di un metro, o il mio corpo si dividerebbe in due (brrr)?
Se poi trovassi il tempo di illustrare cosa sono davvero le onde gravitazionali in uno dei tuoi fantastici articoli, bè non chiederei di meglio!
grazie mille
Michele
caro Mmanzato,
non penso riesca a deformare lo spazio a tal punto che vi sia un metro di differenza tra testa e piedi... Le scale sono ben più grandi. Molto, comunque, dipende da che lunghezza hanno e che ampiezza. Chissà... Magari sentiremmo solo una specie di formicolio, oppure ci sembrerebbe di vedere le cose che diventano come un quadro di Dalì. Soprattutto il cielo sembrerebbe ondeggiare. Sarebbe bello farci un film!
Ciao a tutti!! Enzo che ne pensi riguardo l'influenza dell'elettromagnetismo del nostro sistema solare sui segnali radio emessi dalle pulsar che arrivano a noi? l'elettromagnetismo non potrebbe essere la causa del cosiddetto rumore di fondo non ancora spiegato cioè proprio la magnetosfera la causa dei disturbi sui segnali radio provenienti dalle pulsar?
Le stesse onde gravitazionali potrebbero comportarsi come una specie di onda elettromagnetica onda radio appunto ed essere si distorta da oggetti di grande massa come prevede la meccanica quantistica ma per certi aspetti come la diffrazione la riflessione ecc ecc comportarsi come onde radio...
forse dico cavolate! 
caro foscoul,
attenzione... le onde deformano lo spazio-tempo, ossia agiscono sulla variazione delle posizioni e quindi non possono craere qualcosa di simile all'elettromagnetismo sui rivelatori. Noi le sentiamo con segnali rafio, ma di questi segnali misuriamo il tempo di arrivo, ossia deve essere esatto l'orologio e lui lo è certamente (non ha rumore di fondo dovuto ad altre cause). Le variazioni del tempo di arrivo è, infine, troppo grande rispetto al rumore che si ha normalmente quando la pulsar è tranquilla (praticamente nullo visto che si misurano migliaia di rotazioni al secondo).
Ok ora è chiaro si misura il tempo di arrivo e si cercano i motivi delle variazioni
Grazie Vincenzo! 
Che tenerezza rileggere questo articolo è questi commenti scritti prima del 14 settembre 2015, data del primo rilevamento delle onde gravitazionali fatto da Ligo!
Domanda: ma qualche pulsar ha mai dato segno, in questa e nelle rilevazioni successive di Ligo e Virgo, di aver subito il passaggio della stesse deformazioni dello spaziotempo?
Ora che ci penso, però, anche se fossero state scosse dalla stessa onda, noi ce ne accorgeremo quando la loro variazione di luce arriverà fino a noi. Insomma i due metodi di rilevazione non possono lavorare in simultanea. Vero?