Dott. Albanesi di UniTo: “Così abbiamo scoperto il primo incontro dinamico di due buchi neri”

Intervista al dottorando dell’Università di Torino membro del team internazionale che ha analizzato il segnale gravitazionale GW190521 con una nuova e suggestiva ipotesi

Si chiama GW190521. É il nome di un’onda gravitazionale generata dalla fusione di due buchi neri a miliardi di anni luce dalla Terra, osservata grazie ai due interferometri LIGO e Virgo. Un segnale straordinariamente intenso, una sorta di gong cosmico che potrebbe essere il primo incontro dinamico di due buchi neri mai osservato. A rendere possibile la scoperta un gruppo di ricerca composto da scienziati della sezione di Torino dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), insieme ai colleghi dell’Università di Torino e dell’Università Friedrich Schiller di Jena in Germania. Il più giovane di loro è Simone Albanesi, 26 anni, una laurea triennale in Fisica e una magistrale in Fisica Teoria, attualmente dottorando all’Università di Torino

Dott. Albanesi, la vostra scoperta è stata possibile grazie al lavoro di numerosi gruppi di ricerca. In particolare, c’è stata grande sinergia tra l’Ateneo e la sezione torinese dell’INFN.

Noi ci troviamo in via Pietro Giuria, sede del Dipartimento di Fisica UniTo. La presenza della sezione torinese dell’INFN nello stesso edificio è fondamentale, perché in questo modo si riesce a collaborare al meglio in ricerche del genere. Di base, già tra i vari gruppi di fisici teorici dell’Università di Torino c’è una forte interazione. Mi auguro che in futuro ci siano numerose collaborazioni con gruppi di ricerca anche al di fuori dell’Università, come appunto la sinergia che si è creata con l’INFN. É chiaro che stiamo parlando di istituzioni diverse, ma poi in concreto non c’è grande diversità, perché ci occupiamo tutti della stessa materia.

Ciascuno di voi, all’interno del team di ricerca, aveva un compito specifico. Qual era il suo?

Mi sono occupato delle simulazioni numeriche. Per fare l’analisi dei dati si usa un modello analitico, diciamo un’approssimazione della soluzione delle equazioni di Einstein della relatività generale. Questo modello va in un certo senso validato, cioè bisogna valutare che sia accurato. Per farlo si fanno delle simulazioni numeriche. Ecco, io mi sono occupato di quelle simulazioni. Le mie simulazioni sono poi state confrontate con il modello analitico e si è visto che le due cose erano in accordo. Quindi abbiamo appurato che il nostro modello analitico era accurato, dunque valido.

Il vostro è stato definito un lavoro senza precedenti. Perché?

Il segnale GW190521 non era mai stato analizzato ipotizzando che si trattasse di una cattura dinamica. Era stato analizzato usando altre ipotesi, ad esempio un merger circolare, cioè due buchi neri che ruotano uno attorno all’altro seguendo orbite circolari, fino a quando non si fondono in un corpo unico. Questa ipotesi però richiede che gli spin dei due buchi neri, cioè i loro vettori di rotazione, abbiamo una forte precessione. Altri gruppi di ricerca hanno fatto analisi usando diverse ipotesi, per esempio ipotizzando che i due buchi neri fossero su orbite eccentriche, dunque non circolari, o che si trattasse di oggetti esotici detti stelle di bosoni.

Mentre la vostra ipotesi?

La nostra ipotesi è che si tratti sempre di due buchi neri, quindi oggetti standard, che seguono delle orbite iperboliche prima di fondersi in un corpo unico. Facendo un’analisi statistica, cioè comparando i dati con il modello matematico, si vede che la nostra ipotesi della cattura dinamica (anche detto merger iperbolico) è la più accurata. Il merger iperbolico è favorito, rispetto al merger circolare, in un rapporto 4.300:1. Quindi estremamente più probabile.

Nonostante un modello matematico inedito, ancora non potete affermate con certezza che si tratti effettivamente del primo incontro dinamico tra due buchi neri mai osservato. Come mai?

La morfologia di questo segnale è molto particolare e questo ci ha portato ad analizzarlo con l’ipotesi di cattura dinamica usando il nostro modello, che è uno dei pochi a poter descrivere questi fenomeni. Tuttavia ci sono ancora alcune riserve prima di affermare con certezza che si tratti della prima cattura dinamica di buchi neri osservato osservata. Nella nostra analisi, che sembra essere al momento la più plausibile, abbiamo ipotizzato che i due buchi neri non avessero una rotazione. Le analisi andrebbero poi rifatte in futuro considerando anche questa rotazione. Sicuramente torneremo a studiare il fenomeno.