La dinamica di un sistema a tre corpi, di qualsiasi natura, non è semplice. Non esiste una soluzione elegante che ne descriva l’interazione reale, ma attraverso delle simulazioni al computer è possibile ottenere un risultato approssimativo. Ed è proprio il metodo che ha perseguito Moerman, trovando che, al variare della massa dei buchi neri, la soluzione della loro interazione varia drasticamente.
Lo studio condotto dal giovane ricercatore Arend Moerman è relativo al problema pitagorico a tre corpi, in cui i corpi si attraggono tra loro secondo le leggi di gravitazione newtoniane, applicato al caso dei buchi neri. Le simulazioni al computer effettuate si sono basate su un codice scritto negli anni precedenti dai due astrofisici, Tjarda Boekholt e Simon Portegies Awart, ricercatori rispettivamente presso l’Università di Oxford e Leiden. Ma nella versione di Moerman, la teoria della relatività di Einstein è tenuta in considerazione. La sua importanza, infatti, aumenta trattando di oggetti pesanti, come i buchi neri.
Variando le masse dei corpi celesti interagenti nelle simulazioni, sono stati raggiunti dei risultati sorprendenti. Studiando l’interazione tra tre oggetti, a partire da una massa pari a quella del Sole, si sono osservati due comportamenti completamente differenti.
Fionde gravitazionali…
Considerando oggetti leggeri, inferiori a 10 masse solari, l’effetto della relatività di Einstein risulta trascurabile. Infatti, l’evoluzione del sistema può essere descritta attraverso le equazioni di Newton: solamente un corpo dei tre viene respinto, mentre gli altri formano un sistema binario. Questo effetto di fionda gravitazionale, continua a verificarsi aumentando la massa dei corpi celesti fino a 10 milioni di masse solari, sebbene comunque il contributo dovuto alla relatività diventi sempre più significativo.
… o fusioni di buchi neri?
Superando il limite di 10^7 masse del Sole, il sistema subisce l’effetto opposto al precedente: i buchi neri iniziano a fondere. La fusione comincia tra due oggetti del sistema, mentre, mentre il terzo si aggiunge in seguito. I corpi perdono energia cinetica a causa dell’emissione delle onde gravitazionali.
I buchi neri abbastanza massivi, collidono in maniera più istantanea rispetto a quelli più leggeri che si muovono gli uni verso agli altri in un tempo infinitamente lungo. A precedere questo tipo di fusioni è un’onda gravitazionale a spirale, come quella riportata nella figura precedente, ottenuta dalle simulazioni condotte da Moerman. Grazie a questo studio, il giovane ricercatore ha ottenuto il massimo punteggio nella discussione della tesi. Ma ancora più importante di questo considerevole traguardo, è la consapevolezza di aver contributo con un tassello importante alla comprensione dei buchi neri e della loro interazione.
L’articolo scientifico completo: Relativistic Pythagorean three-body problem.
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