Il 23 novembre 2023, la rete di interferometri per onde gravitazionali LIGO-Virgo-KAGRA ha osservato l’evento GW231123, il più imponente scontro tra buchi neri mai rilevato fino ad oggi. L’onda gravitazionale registrata in quell’occasione ha rivelato la fusione di due buchi neri di circa 100 e 140 masse solari, con la formazione di un buco nero finale da circa 225 masse solari. Un dato che infrange il precedente primato detenuto da GW190521, rilevato nel 2021, con una massa finale stimata attorno alle 140 masse solari.
L’osservazione è avvenuta nel corso della quarta campagna osservativa della collaborazione LVK, iniziata nel maggio 2023. Il segnale GW231123 è particolarmente rilevante non solo per l’eccezionale massa dei buchi neri coinvolti, ma anche per la loro rapida rotazione. Secondo le prime analisi, entrambe le componenti del sistema erano prossime al limite di spin previsto dalla Relatività Generale di Einstein, rendendo complessa l’analisi del segnale.
Questo evento estremo solleva nuove domande sulla formazione dei buchi neri di massa intermedia, una classe oggetto di grande interesse. Le attuali teorie sull’evoluzione stellare faticano a spiegare l’esistenza di oggetti in questa fascia di massa, nota come mass gap, tra circa 65 e 120 masse solari. Una delle ipotesi più accreditate è che questi buchi neri siano il prodotto di fusioni precedenti, avvenute in ambienti ad alta densità stellare, come gli ammassi globulari.
Un sistema di buchi neri che sfida i modelli di formazione stellare
La massa complessiva e l’elevato spin dei buchi neri coinvolti in GW231123 costituiscono una sfida ai modelli standard di evoluzione stellare. Secondo le attuali teorie, buchi neri così massicci non dovrebbero formarsi direttamente dal collasso di stelle massicce, a causa di meccanismi come le supernove a instabilità di coppia, che impedirebbero la formazione di resti compatti in questa fascia di massa.
La spiegazione più plausibile è che almeno uno dei due buchi neri derivi a sua volta da una fusione precedente, in un processo gerarchico di crescita. Questo tipo di evoluzione è più probabile in ambienti ad alta densità, come ammassi stellari o nuclei galattici, dove le interazioni gravitazionali possono favorire fusioni multiple. Tali processi portano alla formazione di buchi neri di massa intermedia, una popolazione ancora poco conosciuta ma sempre più rilevante nella ricerca astrofisica.
GW231123 fornisce una rara opportunità di osservare direttamente uno di questi eventi. Il segnale ha richiesto modelli numerici avanzati per poter essere analizzato correttamente, tenendo conto sia della massa elevata che della rotazione estrema degli oggetti coinvolti. Il continuo affinamento degli strumenti teorici permetterà nei prossimi anni di comprendere meglio non solo l’origine di questi sistemi, ma anche le condizioni dinamiche che li rendono possibili.
Verso la prossima generazione di osservatori di onde gravitazionali
Con oltre 200 eventi osservati solo durante la quarta run, la rete LIGO-Virgo-KAGRA sta spingendo i limiti della strumentazione attuale. Eventi come GW231123 mostrano chiaramente quanto il campo dell’astronomia gravitazionale sia entrato in una nuova fase di maturità scientifica, in cui è possibile non solo rilevare eventi, ma studiarne in dettaglio le proprietà dinamiche e la storia evolutiva.
Nel prossimo futuro, nuovi interferometri di terza generazione come l’Einstein Telescope in Europa e il Cosmic Explorer negli Stati Uniti saranno fondamentali per sondare eventi ancora più lontani e complessi. Parallelamente, la missione spaziale LISA dell’ESA, prevista per il lancio nel 2035 con la costruzione del primo interferometro per onde gravitazionali nello spazio, permetterà di aprire una nuova finestra su scale temporali e di massa oggi fuori portata.
Il caso di GW231123 verrà presentato ufficialmente durante la conferenza GR24-Amaldi, che si terrà dal 14 al 18 luglio 2025 a Glasgow, in Scozia. I dati saranno resi disponibili attraverso il Gravitational Wave Open Science Center (GWOSC), permettendo alla comunità scientifica internazionale di analizzare in dettaglio uno degli eventi gravitazionali più estremi mai osservati.
Lo studio delle collaborazioni LIGO-Virgo-KAGRA che riporta la scoperta di GW231123 è reperibile qui in versione pre-print.
