A pochi giorni dal decimo anniversario della prima rilevazione di onde gravitazionali, la collaborazione LIGO‑Virgo‑KAGRA ha annunciato la rilevazione dell’evento GW250114, uno dei segnali di onde gravitazionali più chiari mai registrati.
Il segnale, ottenuto con un rapporto segnale-rumore eccezionalmente alto, ha permesso di confermare due previsioni fondamentali della fisica dei buchi neri. La prima riguarda il teorema dell’area formulato da Stephen Hawking nel 1971 (la superficie complessiva dell’orizzonte degli eventi non può diminuire in seguito alla fusione di due buchi neri). La seconda conferma riguarda la cosiddetta metrica di Kerr, che descrive la geometria dello spaziotempo attorno a un buco nero rotante usando solo due parametri: massa e rotazione (spin).
Queste misurazioni rappresentano un banco di prova diretto per la relatività generale, la termodinamica dei buchi neri e il comportamento della gravità in condizioni estreme. I risultati sono stati pubblicati su Physical Review Letters il 10 settembre 2025.
L’evento di onde gravitazionali GW250114
Il segnale GW250114 è stato rilevato dai due rivelatori gemelli del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), situati negli Stati Uniti. LIGO opera in coordinamento con i rivelatori Virgo in Italia e KAGRA in Giappone, formando insieme la rete internazionale di osservazione delle onde gravitazionali nota come LVK (LIGO-Virgo-KAGRA).
Secondo l’analisi del team LVK, che comprende anche ricercatori dell’Università di Birmingham, GW250114 è stato generato dalla fusione di due buchi neri, ciascuno con una massa di circa 32 volte quella del Sole. L’evento si è verificato a circa 1.3 miliardi di anni luce dalla Terra, una distanza simile a quella del primo segnale di onde gravitazionali mai osservato, GW150914, rilevato nel 2015. Anche in quel caso si trattava della collisione tra due buchi neri con masse comprese tra 30 e 40 masse solari.
GW250114 si distingue però per la sua eccezionale chiarezza: è il segnale con il più alto rapporto segnale-rumore mai registrato da LIGO. Questa qualità ha permesso di condurre test sperimentali di altissima precisione su alcune delle previsioni fondamentali della fisica dei buchi neri.
La conferma del teorema di Hawking e Bekenstein
Il teorema dell’area formulato da Stephen Hawking e il fisico Jacob Bekenstein negli anni ’70 stabilisce che l’entropia di un buco nero sia proporzionale all’area del suo orizzonte degli eventi, e che quando due buchi neri si fondono l’area del buco nero risultante non può essere minore della somma delle aree precedenti.
Il segnale GW250114 fornisce misurazioni che rendono esplicito quanto questo principio sia rispettato nel caso reale: gli orizzonti dei due progenitori avevano insieme un’area stimata di circa 240.000 km², mentre l’orizzonte del buco nero risultante è di circa 400.000 km².
Questo aumento dell’area è in linea non solo con quanto previsto dalla relatività generale, ma conferma anche che la fusione segue le stesse leggi che regolano l’entropia dei buchi neri, cioè quelle che collegano l’area dell’orizzonte a proprietà fisiche come il disordine e la temperatura. Proprio per questo, il risultato esclude l’esistenza di comportamenti anomali o teorie alternative alla relatività che prevederebbero aree più piccole.
Anche altri aspetti dell’evento, come la quantità di energia emessa sotto forma di onde gravitazionali, la massa persa nel processo e il modo in cui è avvenuta la fusione, risultano perfettamente coerenti con le simulazioni al computer. Non è solo l’area finale a rispettare la teoria, ma l’intero processo osservato. Kip Thorne, Premio Nobel per la fisica nel 2017, ha affermato:
Se Hawking fosse ancora vivo, sarebbe stato molto felice di vedere che l’analisi dei dati di GW250114 conferma la sua previsione.
La conferma della metrica di Kerr
Dopo la fusione, il nuovo buco nero entra nella fase detta di ringdown, in cui emette onde gravitazionali dovute alle vibrazioni del suo orizzonte: si tratta di onde che si attenuano nel tempo ma hanno frequenze caratteristiche dipendenti dalla massa e dallo spin del buco nero.
Secondo la metrica di Kerr, definita a partire dalle soluzioni di Roy Kerr alle equazioni della relatività generale di Einstein, lo spaziotempo attorno a un buco nero rotante è determinato solo da questi due parametri, massa e spin. Questo è un aspetto che distingue i buchi neri dai sistemi più complessi come le stelle, che richiedono molti più parametri per la descrizione.
Il segnale GW250114, come dicevamo, si distingue per l’elevato rapporto segnale/rumore, cioè per la sua chiarezza rispetto al “rumore di fondo” dei rivelatori. Grazie a questa qualità è stato possibile identificare non solo il tono principale dell’oscillazione finale del buco nero (il ringdown), ma almeno due diverse componenti. Questi due “toni” (in inglese, voices) corrispondono alle frequenze e ai tempi di decadimento con cui il buco nero appena formato perde energia e si stabilizza. Le misure di GW250114 hanno confermato che le frequenze e i tempi osservati coincidono con le previsioni di Kerr, fornendo una delle prove più solide finora della validità del modello.
Questo tipo di conferma è importante, perché eventuali deviazioni potrebbero essere indizi di nuova fisica: ad esempio modifiche della relatività generale in regimi estremi, o la presenza di altri campi oltre a quelli previsti. Per ora, invece, i dati confermano che le soluzioni teoriche sono una descrizione valida anche per buchi neri reali, non solo modelli ideali.
