L’idea rivoluzionaria del programma messo a punto al Caltech, con la collaborazione della Cornell University e dell’Istituto di Fisica Teorica del Sud Africa, è rappresentata dal metodo di descrizione del $campo$ gravitazionale e della sua variazione. Esso si basa su linee di vortice e di “tendex” (vocabolo coniato “ad hoc”, che deriva probabilmente dal basket)
Figura 1. Due strutture a ciambella espulse dal buco nero “pulsante” centrale. In prossimità di quest’ultimo si notano due linee di vortice blu e due rosse, ancora attaccate al buco nero, che verranno presto espulse come terza ciambella alla successiva pulsazione. (Fonte: Caltech/Cornell SXS Collaboration)
I geniali ricercatori hanno così evidenziato che la collisione di due buchi neri produce strutture molto particolari che sono ben rappresentate dal sistema di linee introdotte prima. In alcuni casi si ottengono anelli che si allontanano dal buco nero finale come i cerchi di fumo da una sigaretta. In altri casi si hanno invece spirali che escono dal corpo celeste come un getto d’acqua da uno spruzzatore per giardini.
Le linee di vortice e di “tendex” descrivono le forse gravitazionali causate dallo spazio-tempo deformato. In qualche modo sono analoghe alle linee di $campo$ magnetico ed elettrico che descrivono le forze magnetiche ed elettriche. Le linee di “tendex” si riferiscono alla forza di “stiramento” che si esercita su qualsiasi cosa venga incontrata. Come similitudine potremmo dire che sono le linee che proveniendo dalla Luna sollevano le maree oceaniche. La forza associata a loro è quella che farebbe a pezzi un astronauta che si avvicinasse al buco nero. Le linee di vortice sono invece quelle che descrivono la torsione dello spazio. Se un astronauta si allineasse con una di queste verrebbe “strizzato” come un panno bagnato che si volesse asciugare manualmente. Quando le linee di “tendex” si raggruppano tra loro, esse creano una zona di forte stiramento chiamata appunto “tendex”. In modo analogo un raggruppamento di linee di vortice crea una regione vorticosa chiamata, appunto, “vortice”. Qualsiasi cosa cadesse in un vortice inizierebbe a ruotare come in una centrifuga.
Figura 2. Due strutture a vortice che escono spiraleggiando dal buco nero. (Fonte: Caltech/Cornell SXS Collaboration).
Attraverso le simulazioni al computer, i ricercatori hanno scoperto che due buchi neri ruotanti che si uniscono tra loro producono numerosi vortici e “tendex”, ma in modo diversificato. Se l’urto avviene direttamente e frontalmente vengono emesse strutture del $campo$ gravitazionale che assumono la forma a ciambella (Fig. 1), sia di stiramento che di torsione. Se invece i due buchi neri spiraleggiano uno intorno all’altro prima della fusione, i loro vortici e “tendex” assumono strutture a spirale (Fig. 2). In entrambi i casi, vortici e “tendex” si propagano diventando onde gravitazionali che dovrebbero essere individuate dalle missioni LIGO e LISA.
Le simulazioni permettono di predire le future osservazioni relative alle increspature dello spazio-tempo.
Da un punto di vista più teorico la simulazione ha aiutato a capire come si origina la spinta ricevuta dal buco nero creatosi dopo la fusione. La formazione di un “burst” di onde gravitazionali costringe il buco nero a rinculare, proprio come accade a un fucile che ha appena sparato. L’esatta dinamica è la seguente: da un lato del buco nero le onde gravitazionali che si formano dai vortici spiraleggianti si sommano a quelle che derivano dalle “tendex”, anch’esse spiraleggianti. Dall’altro lato, invece, le onde si annullano tra loro. Ne consegue che, come in un razzo, il buco nero viene spinto in quest’ultima direzione.
Il programma descritto precedentemente potrà essere utilizzato non solo per la fusione dei buchi neri, ma per tutte le situazioni in cui le linee di vortice e di “tendex” possano essere applicate. L’importante è che vi sia deformazione e distorsione dello spazio-tempo, come la distruzione di una stella da parte di un buco nero o addirittura le stesse singolarità che sono contenute nei buchi neri.
Anche se non di immediata comprensione, questo metodo di simulazione potrebbe diventare il migliore e il più utile per descrivere i meccanismi tipici della relatività.
Chi vuole saperne di più, può scaricare qui l’articolo originale e alcune animazioni.
@enzo
se non sbaglio tempo fa ho sentito che einstein prevede che tuttò ciò che si trova dietro il buco nero secondo il nostro punto di osservazione dovrebbe apparire come un anello di luce per le distorsione dello spazio tempo…volevo chiederti se un qualcosa del genere è stato identificato
caro peppe,
direi proprio di sì (se ho capito bene). Una specie di effette lente, che distorce e ingrandisce. Tuttavia, non da un singolo buco nero, ma da centri galattici attivi o cose del genere.
caro enzo era quello che intendevo
grazie
@Enzo: Vediamo se ho ben capito: le onde gravitazionali generate dei due buchi neri in avvicinamento – unione sono soggette a reciproca interferenza. Per cui, mentre da una parte si annullano, dall’altra parte si sommano.
A questo punto, il buco nero risultante si trova ad avere una zona in cui lo spazio-tempo è totalmente deformata, mentre un’altra zona rimane con la solita geometria.
Ne consegue che il buco nero si muove solamente per l’effetto della diversa geometria dello spazio – tempo che lo circonda….
Non ci sono forze che agiscono, ma è la sola geometria variabile dello spazio – tempo a causare il movimento… 😯
Il tutto si propaga in 3d, e non su di un piano, come nelle figure…
Spero di aver capito bene. Se è così, è veramente una cosa folle, che fa venire le vertigini…. 😯
riguardo certi temi, credo che per approfondire serva hawking che un vero maestro in queste cose
Enzo,sei sempre mitico!
Una piccola curiosità,e possibile che durante il giretto galattico del sole e dei suoi pianeti essi si possano imbattere in un buco nero?
Le onde gravitazionali del sistema solare sarebbero in grado di evitare il disastro?
Fatemi sapere grazie!
caro raffaele,
non sono un esperto ma se un buco nero cattura perfino le stelle fino a “mangiarsele”, il nostro sole non avrebbe scampo…neppure la luce scappa viaggiando alla velocità massima consentita (300 mila km al sec circa)..
caro Red,
anche per me non è stato facile comprendere perfettamente il sistema di modellizzazione usato per il programma. Va tenuto conto che i due tipi di fenomeni (vortex e tendex) rappresentano una metodologia di lavoro per “semplificare” i calcoli. In altre parole non sono effettivamente fenomeni che avvengono, ma rappresentazioni che simulano perfettamente i fenomeni che accadono… spero di essermi spiegato. In ogni modo, la tua visione è esattamente quella che mi sono fatto anch’io. Come d’altra parte capita sempre, noi ragionamo con forze e spostamenti su uno spazio “normale”, mentre invece sono le sue deformazioni che agiscono in casi come questi (ma anche in altri più banali). Che dirti Red: sono perfettamente d’accordo con te!!! 😛 😛 😛
Astronomia.com è cresciuta di molto come livello e si vede da come hai stanato domande e discussioni!!
caro raffaele,
il povero Sole non avrebbe certo scampo. Fortunatamente siamo ben lontani dal buco nero del centro della galassia e quelli stellari non sono così potenti. Basta starci alla larga… E poi non sono così comuni e si riescono a individuare per tempo da quello che gli capita intorno. Stiamo tranquilli…. anche se non potremmo certo deviare lasa nostra traiettoria… 🙄
Cari amici la mia era solo uno scherzo,giusto x poter aprire un ipotesi tipo fantascienza, ho affermato più volte che i buchi neri con la loro forza gravitazionale sono la più potente forza e maci china distruttiva dell’universo,basti pensare che la quantità di energia liberata da alcuni buchi neri e superiore a quella di intere galassie!
Ma mi domando potrebbe esistere nell’universo una forza o un oggetto di maggiore potenza di una singolarità all’interno di un buco nero?
Infatti persino questi mostri hanno un punto debole la massa,i più piccoli sono soggetti destinati a sparire presto (radiazione di Hawking)
caro raffaele, proprio stamattina hanno fatto un documentario sulla singolarità e hanno evidenziato come essa sia solo un’espressione per spiegare ciò che gli scienziati per ora non riescono a spiegare….comunque c’è chi tenta la sua spiegazione..uno scienziato ha a disposizione un radiotelescopio grande quanto l’america (telescopio virtuale si intende, cioè la somma di tanti radiotelescopi uniti insieme) e studia cosi il buco nero supermassiccio della nostra galassia per scoprirne i segreti..ha una libreria piena di hard disk contenenti tali dati e dice che ci vorranno abbastanza anni (stima una decina)…cmq lui è convinto che la singolarità possa finalmente aprire le porte lla teoria del tutto…finora ci sono due teorie quella quantistica che spiega gli atomi e quella della relatività che va per le cose di grandi dimensioni…il problema di fondo è che quando si cerca di spiegare la relatività a livello di atomi e molecole si generano infiniti…ebbene sto scienziato è convinto di poter risolvere il problema..
@Enzo: 😳 Sei sempre troppo generoso, nei miei confronti….
Immagino che, tra le varie semplificazioni, sia stata verificata solo l’interazione tra due buchi neri di Schwarzschild. Non oso pensare alle complicazioni che potrebbero nascere tra due buchi neri di Kerr-Newman…. 😯
caro Red,
Baattuta terrificante, me ne vergogno…. 😳
purtroppo devo darti una “brutta” notizia…. sono buchi nei di Kerr 😯 (infatti si parla di buchi neri ROTANTI). D’altra parte se si vuole descrivere qualcosa di reale, bisogna introdurre fenomeni realistici e non ideali. Ohi, ohi,… anche a me si drizzano i capelli in testa… Ma, in fondo sono solo due singolarità a confronto e quindi potrebbero diventare un semplice “plurale”…
Naaa… Buchi neri di Kerr?!?! 😯 Ti confesso che l’articolo me lo sono solo leggiucchiato. Ora me lo sono stampato, e cercherò di capirci qualcosa…….
)
Nei limiti del mio cervelletto, ovvio!!
A pensarci bene, anche il mal di testa sta diventando singolarmente plurimo…. 😆
(Altra battuta orrenda…. 😳 Comincio già l’autoflagellazione…