Spazio, cosa potrebbero svelarci gli echi gravitazionali

(Sapienza Università di Roma) – Nello studio appena pubblicato sulla rivista Nature Astronomy i ricercatori Paolo Pani del dipartimento di Fisica della Sapienza e Vitor Cardoso dell’Instituto Superior Técnico di Lisbona discutono di come, alla luce di nuovi modelli teorici, l‘astronomia gravitazionale possa fornire informazioni sulla natura dei cosiddetti “oggetti compatti”, termine col quale in astrofisica vengono indicate grandi masse concentrate in dimensioni molto ridotte, come i buchi neri.

Le onde gravitazionali contengono informazioni sulla natura degli oggetti compatti, proprio come le onde sonore prodotte da uno strumento musicale dipendono dalle proprietà di quest’ultimo: forma, dimensione, materiale. La loro rilevazione, meno di due anni fa, ha rappresentato una importantissima conferma della teoria di Einstein e ha aperto la strada a un nuovo capitolo della fisica.

Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, una stella massiccia alla fine del suo ciclo di vita collassa sotto il suo stesso peso e forma un “buco nero”, un oggetto che distorce lo spazio-tempo in maniera così drastica che nemmeno la luce è in grado di uscire dal suo “orizzonte degli eventi”, cioè la regione oltre la quale non è più possibile osservare un fenomeno. Nuovi modelli teorici suggeriscono che l’eventuale presenza di “echi gravitazionali”, se rilevati dagli interferometri LIGO e Virgo, potrebbe indicare che i buchi neri non sono come fino a oggi ipotizzato: vari modelli di gravità quantistica prevedono che l’orizzonte degli eventi non si formi e che il collasso gravitazionale termini con la formazione di un oggetto esotico compatto e non un vero e proprio buco nero.

“Si tratta di ipotesi che possono finalmente essere smentite o confermate, grazie alle osservazioni fornite dagli interferometri gravitazionali LIGO e Virgo, quando questi raggiungeranno il massimo della loro precisione” –  precisa il fisico Paolo Pani – “Se gli echi gravitazionali non venissero osservati sarebbe un’ulteriore conferma della teoria di Einstein in un regime mai esplorato finora, ma se venissero rivelati si aprirebbe una strada completamente nuova”.

Questa nuova linea di ricerca sarà volta ad indagare cosa potrebbe accadere se, anziché formarsi un buco nero, si formasse un altro “oggetto esotico compatto”, cioè cosa sarebbe possibile osservare se non ci fosse un orizzonte degli eventi. Con il progetto DarkGRA legato a queste tematiche, Paolo Pani ha ottenuto lo Starting Grant nell’ambito del programma di finanziamento europeo ERC, confermando Sapienza l’ente italiano con più Grant assegnati.

“Con DarkGRA ci proponiamo di studiare alcuni nuovi fenomeni che interessano le sorgenti gravitazionali più estreme: i buchi neri e le stelle di neutroni” spiega Pani. “Questi oggetti sono dei veri e propri ‘laboratori cosmici’, grazie ai quali è possibile investigare i limiti della teoria della Relatività generale di Einstein, la natura dell’orizzonte degli eventi di un buco nero, e le misteriose proprietà della materia oscura che pervade il nostro universo”.

Riferimenti: Tests for the existence of black holes through gravitational wave echoes – Vitor Cardoso & Paolo Pani – Nature Astronomy