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Una nuova simulazione rivela come siano nati: i campi magnetici riscrivono il modello del collasso stellare
Nel 2023 gli astronomi hanno registrato un segnale che sembrava una sfida aperta alla teoria: due buchi neri giganteschi, rispettivamente da 103 e 137 masse solari, si sono uniti a circa 7 miliardi di anni luce dalla Terra. La loro collisione ha creato un buco nero da 225 masse solari, mentre altre 15 sono state convertite in energia gravitazionale, generando l’evento GW231123, rilevato dalle collaborazioni LIGO-Virgo-KAGRA. Il problema? Oggetti così massicci e così veloci non dovevano esistere: le stelle progenitrici, secondo i modelli classici, avrebbero dovuto esplodere come supernove a instabilità di coppia, annientandosi completamente e lasciando dietro di sé il nulla. Eppure, questi due colossi erano lì: enormi, rapidissimi, e pronti a fondersi in una danza gravitazionale che la teoria considerava proibita. L’evento ha lasciato gli scienziati senza una spiegazione credibile, aprendo un dibattito su ciò che la fisica stellare potrebbe aver sempre trascurato.
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Il nuovo studio del Center for Computational Astrophysics (Flatiron Institute) prova a ricomporre il puzzle seguendo tutto il ciclo di vita delle stelle progenitrici. Un team guidato dall’astrofisico Ore Gottlieb ha utilizzato simulazioni di magnetoidrodinamica relativistica estreme, capaci di ricostruire ogni fase dell’evoluzione stellare, dall’accensione dell’idrogeno fino al collasso finale.
Secondo Gottlieb, l’errore dei modelli precedenti era sorprendentemente elementare: ignoravano il ruolo dei campi magnetici. «Nessuno ha considerato questi sistemi come abbiamo fatto noi; in precedenza, gli astronomi hanno semplicemente preso una scorciatoia e trascurato i campi magnetici», spiega. «Ma una volta considerati i campi magnetici, è possibile spiegare le origini di questo evento unico».
Il ruolo nascosto dei campi magnetici
Gli autori hanno simulato una stella iniziale da 250 masse solari, seguita fino alla fase in cui, ridotta a circa 150 masse solari, esplode in una supernova potentissima. Le teorie classiche prevedevano che quasi tutta la materia residua cadesse nel neonato buco nero, facendogli raggiungere masse elevate e incompatibili con quelle osservate.
Le simulazioni aggiornate dicono il contrario. Se la stella progenitrice ruota velocemente, il materiale residuo forma un disco di accrescimento attorno al buco nero. In presenza di campi magnetici, questo disco diventa un acceleratore: genera getti di materia quasi relativistici ed espelle nello spazio una parte significativa del materiale. Nei casi più estremi, fino al 50% della massa originaria della stella può essere spazzato via.
Il risultato è sorprendente: il buco nero finale rientra proprio nell’intervallo di massa considerato “impossibile”. Un intervallo che, invece, le simulazioni mostrano essere perfettamente raggiungibile se i campi magnetici sono abbastanza intensi.
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Perché questa scoperta cambia la fisica
Le simulazioni rivelano un legame diretto tra la massa finale del buco nero e l’intensità del campo magnetico della stella originaria: campi magnetici più forti riducono la massa e rallentano la rotazione, mentre campi più deboli producono oggetti più grandi e più veloci. Questo suggerisce un modello unificato che collega massa e spin, due grandezze finora trattate come indipendenti.
«Abbiamo scoperto che la rotazione e i campi magnetici possono cambiare radicalmente l’evoluzione post-collasso della stella», afferma Gottlieb, «rendendo la massa del buco nero potenzialmente molto più bassa rispetto alla massa totale della stella che collassa». Le simulazioni indicano anche la possibilità che questi eventi generino brevi esplosioni di raggi gamma, fornendo una firma osservabile attraverso futuri telescopi ad alta sensibilità. Se confermata, questa connessione permetterebbe di reinterpretare molte anomalie nei cataloghi di onde gravitazionali.
Cosa potremmo scoprire nei prossimi anni
GW231123 potrebbe non essere un caso isolato, ma il primo membro di una famiglia di buchi neri che nascono dal “gioco di forza” tra rotazione, gravità e campi magnetici estremi. I futuri osservatori come LIGO A+, Cosmic Explorer e Einstein Telescope potrebbero rivelare altri sistemi analoghi, trasformando un enigma in una nuova categoria astrofisica. Per ora, sappiamo solo che l’Universo non rompe le regole: le piega quanto basta per sorprenderci.
Fonte:
Spiegata la fusione “impossibile” di due buchi neri – MEDIA INAF
