L'orizzonte degli eventi di due buchi neri fusi è passato da circa 240.000 a 400.000 chilometri quadrati, da una superficie come il Regno Unito a una quasi grande come la Svezia. Il dato arriva dall'analisi del segnale GW250114, captato dal rivelatore LIGO il 14 gennaio 2025 e ora descritto su Nature dai ricercatori del CSIRO australiano.
Dieci anni dopo GW150914, il segnale è triplicato
Il primo rilevamento storico delle onde gravitazionali risale al 14 settembre 2015, con la fusione di buchi neri GW150914. Tra quell'evento e GW250114 sono passati esattamente dieci anni e quattro mesi, ma la qualità del dato è cambiata di scala. Il nuovo segnale è circa tre volte più intenso del primo, e la certezza con cui i ricercatori possono affermare che l'area dell'orizzonte cresce dopo la fusione è passata dal 95% del 2015 al 99,999% odierno.
I numeri del 14 gennaio 2025 sono quelli di un evento di riferimento. I due oggetti, con masse di 30 e 40 volte quella del Sole si sono fusi a circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra. La somma delle aree iniziali, attorno ai 240.000 km², è cresciuta fino a 400.000 km² nel buco nero finale. È la prova osservativa più solida del teorema enunciato da Stephen Hawking nel 1971: l'area totale degli orizzonti non può diminuire dopo una fusione. Per altre osservazioni di confine, come quelle del Sole dall'Antartide, vedi Solaris e l'osservazione del Sole dall'Antartide.
Le onde dirette e il contributo italiano dell'INFN
Il lavoro firmato da Ling Sun e Neil Lu del Consiglio delle ricerche australiano (CSIRO) introduce un metodo di analisi che isola le onde dirette, una componente fino a oggi confusa con il rumore di fondo. Sono perturbazioni che nascono nelle ultime frazioni di millisecondo della collisione, quando lo spaziotempo vicino all'orizzonte degli eventi si deforma in modo estremo. Misurarle significa stimare per la prima volta la velocità di rotazione del buco nero finale e la gravità nei pressi del suo confine.
Il contributo italiano alla scoperta non è marginale. L'interferometro Virgo, gestito dall'INFN a Cascina (Pisa), fa parte della collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA che ha reso possibile la misura. Alessandro Nagar, dell'INFN di Torino, ha guidato l'analisi della forma d'onda con modelli sviluppati in parallelo dall'Albert Einstein Institute e dal gruppo Virgo-INFN. Il risultato è anche una conferma della metrica di Kerr del 1963: un buco nero rotante è descritto da due soli parametri, massa e spin. Vedi il bollettino INFN sul teorema dell'area di Hawking.
Cosa cambia per la fisica e per la ricerca futura
Con GW250114 la fisica gravitazionale entra in una fase di test di precisione. Misurare la velocità di rotazione dell'orizzonte permette di confrontare i dati con le predizioni della Relatività Generale entro decimi di percento, una soglia mai raggiunta. Se in futuro un evento mostrerà uno scarto, vorrà dire che la teoria di Einstein va corretta in regime di campo forte: una soglia che fino a dieci anni fa era considerata fuori portata per gli strumenti esistenti.
Per chi studia astrofisica, il metodo apre la strada alla spettroscopia dei buchi neri: si potranno scomporre i segnali in modi oscillatori distinti, come si fa con la luce stellare per leggere la composizione chimica delle stelle. Tecniche che potrebbero presto incrociarsi anche con altri filoni di ricerca planetaria, come gli studi sull'acqua su Marte (vedi tracce di acqua liquida su Marte) o le applicazioni civili dell'intelligenza artificiale (vedi asfalto autoriparante e AI di Google).
Il prossimo run osservativo della rete LIGO-Virgo-KAGRA, previsto per il 2027 con sensibilità maggiorata, dovrebbe portare il ritmo dei rilevamenti a diverse centinaia di eventi all'anno. Da quel volume di dati dipenderà la prima possibilità di scovare un'anomalia capace di incrinare un edificio teorico costruito un secolo fa.