Il 23 novembre 2023, i rivelatori LIGO negli Stati Uniti hanno registrato un segnale gravitazionale eccezionale, successivamente denominato GW231123. Si tratta della fusione tra due buchi neri di massa insolitamente elevata: uno con circa 137 e l’altro con 103 masse solari. Il risultato finale è un buco nero di circa 225 masse solari, il più massiccio mai rilevato attraverso le onde gravitazionali. La scoperta, annunciata dalla collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), segna un punto di svolta nella nostra comprensione dell’evoluzione stellare e della formazione dei buchi neri.
Secondo le teorie attuali, i buchi neri originati dal collasso di stelle massive non dovrebbero superare una certa soglia, nota come “mass gap” (tra circa 60 e 130 masse solari). In questo intervallo, infatti, si prevede che le stelle esplodano completamente come supernove a instabilità di coppia, senza lasciare resti compatti. Eppure, GW231123 sembra contraddire questa aspettativa.
L’ipotesi più plausibile è che i due oggetti che si sono fusi non siano nati da stelle, ma siano a loro volta il frutto di precedenti fusioni tra buchi neri più piccoli. Questo processo, chiamato fusione gerarchica, implicherebbe un ambiente astrofisico estremamente denso, come l’interno di ammassi stellari globulari o dischi di accrescimento galattici, dove le collisioni tra buchi neri possono avvenire ripetutamente.
Un altro elemento che rende GW231123 fuori dal comune è l’elevatissima rotazione dei due buchi neri iniziali. Le analisi indicano che il primo ruotava con uno spin pari a circa 0,9, e il secondo attorno a 0,8 – valori vicini al limite massimo consentito dalla relatività generale.
Il segnale ha avuto una durata brevissima, appena 0,1 secondi, con una frequenza centrale di circa 90 Hz. Ciò è compatibile con due oggetti estremamente massicci che orbitano uno attorno all’altro a velocità estreme, prima di collassare in un unico corpo compatto. Per decifrare il segnale, è stato necessario utilizzare modelli teorici avanzati che includono la complessa dinamica gravitazionale di corpi in rapida rotazione.
Le parole dei ricercatori
Il professor Mark Hannam, astrofisico teorico presso l’Università di Cardiff e membro della collaborazione LVK, ha sottolineato l’eccezionalità dell’evento: “È il sistema di buchi neri più massiccio che abbiamo mai osservato con le onde gravitazionali, e rappresenta una vera sfida per la nostra comprensione della formazione dei buchi neri.”
Anche la ricercatrice Sophie Bini, post-dottoranda al Caltech, ha commentato: “Questo evento spinge la nostra strumentazione e le nostre capacità di analisi dei dati al limite di ciò che è attualmente possibile. È un esempio potente di quanto possiamo imparare dall’astronomia gravitazionale, ma anche di quanto ancora ci resta da scoprire.”
Il ricercatore Ed Porter, del laboratorio APC del CNRS di Parigi, ha aggiunto: “Scoperte come questa richiederanno anni di studio teorico per comprenderne pienamente l’origine. Il fatto che esistano buchi neri così massicci e così rotanti suggerisce che stiamo osservando l’universo in modi completamente nuovi.”
Gli strumenti della scoperta
La rivelazione è stata possibile grazie alla rete globale di interferometri gravitazionali composta da:
- LIGO (USA), gestito da Caltech e MIT, con il supporto della National Science Foundation.
- Virgo (Italia), ospitato dall’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) e sostenuto da INFN, CNRS e Nikhef.
- KAGRA (Giappone), gestito dall’ICRR dell’Università di Tokyo in collaborazione con NAOJ e KEK.
Il rilevamento è avvenuto durante la quarta campagna osservativa della collaborazione LVK, avviata nel maggio 2023. Il quarto ciclo (O4) è il più lungo e sensibile mai realizzato, e ha già portato alla rilevazione di centinaia di eventi, destinati a essere condivisi tramite il portale del Gravitational Wave Open Science Center (GWOSC).
Il segnale GW231123 sarà presentato ufficialmente alla conferenza GR24-Amaldi, che riunirà i principali esperti mondiali di relatività generale e onde gravitazionali a Glasgow, dal 14 al 18 luglio 2025. Il catalogo completo dei dati raccolti durante O4 sarà reso disponibile entro l’estate, permettendo alla comunità scientifica di analizzare liberamente i segnali.
Nel frattempo, l’annuncio di GW231123 apre un nuovo capitolo nello studio dei fenomeni cosmici estremi. Come ha sottolineato Viola Sordini, ricercatrice all’Istituto di Fisica dei Due Infiniti (IP2I) di Lione e vice portavoce della collaborazione Virgo: “Questa scoperta entusiasmante inaugura una nuova stagione di risultati, e molte altre rivelazioni sono attese nei prossimi mesi. L’obiettivo è continuare a esplorare l’universo attraverso il messaggio più primordiale che conosciamo: la gravità.”
