Le fusioni di buchi neri sono straordinarie — e rappresentano alcuni degli eventi più violenti del cosmo. Ecco come si svolge il processo. La storia inizia con due buchi neri che orbitano lontani l’uno dall’altro in cerchi lunghi e pigri. Potrebbero essere nati come una coppia binaria di stelle, oppure si sono incontrati casualmente nelle profondità dello spazio interstellare. In ogni caso, per fondersi devono avvicinarsi, il che significa perdere molta energia orbitale. Il primo passo per rubare energia dal sistema avviene attraverso l’interazione dei buchi neri con il loro ambiente. Non sono soli: ci sono sempre sottili spirali di gas e polvere che fluttuano, e a volte ci sono anche oggetti più grandi, come pianeti o stelle. Tutti questi oggetti interagiscono attraverso la gravità con il buco nero. A volte, essi cadono, non venendo più visti. Altre volte, sfiorano appena il buco nero, ricevendo un piccolo incremento nella loro velocità e sottraendo parte dell’energia orbitale dal buco nero. Una volta che i buchi neri si avvicinano abbastanza, entra in gioco un altro processo. I buchi neri perturbano lo spazio-tempo mentre orbitano l’uno intorno all’altro e questa perturbazione rilascia onde gravitazionali che emanano dalla coppia come increspature in uno stagno. Tuttavia, le onde gravitazionali sono incredibilmente deboli e iniziano a sottrarre energia solo quando i buchi neri sono molto, molto vicini. Correlato: Come i buchi neri danzanti si avvicinano abbastanza per fondersi. Questo ha portato gli astrofisici a un enigma chiamato “problema dell’ultimo parsec”. Le simulazioni hanno dimostrato che le interazioni gravitazionali con l’ambiente possono avvicinare i buchi neri a circa un parsec (circa 3,26 anni luce) l’uno dall’altro in un periodo di tempo ragionevole. Ma a quella distanza, semplicemente non ci sono abbastanza materiali per continuare a sottrarre energia. D’altra parte, alla stessa distanza, le onde gravitazionali sono troppo deboli e richiederebbero molteplici tempi dell’età dell’universo per compiere il lavoro necessario. Il problema dell’ultimo parsec è attualmente un mistero irrisolto nell’astrofisica. Ma qualunque meccanismo avvenga, alla fine i buchi neri si avvicinano abbastanza affinché le onde gravitazionali possano realmente estrarre molta energia dal sistema. A questo punto, i buchi neri hanno solo pochi secondi prima di fondersi. Notizie spaziali in primo piano, gli ultimi aggiornamenti su lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro! A queste distanze ridotte, i buchi neri iniziano a deformarsi l’uno con l’altro. In effetti, non possiedono superfici; gli orizzonti degli eventi sono confini invisibili che segnano la regione di non ritorno. Ma la forma dell’orizzonte degli eventi dipende non solo dal buco nero stesso ma anche dalla geometria dello spazio-tempo circostante. Così, mentre i buchi neri iniziano la loro danza mortale, gli orizzonti degli eventi si allungano e si tendono l’uno verso l’altro. Comprendiamo cosa accade dopo solo attraverso complesse simulazioni al computer che monitorano e tracciano l’evoluzione degli orizzonti degli eventi. Nei millisecondi prima dell’impatto, ciascun buco nero invia un sottile tentacolo — un piccolo tunnel del suo orizzonte degli eventi — verso il suo compagno. Questi tentacoli si incontrano e si uniscono, formando un ponte tra i due buchi neri, come se fossero connessi da un cordone ombelicale. Molto rapidamente, il ponte si allarga e gli orizzonti degli eventi si incollano, come due bolle di sapone che collidono. In un istante, i buchi neri si fondono in uno. Cosa accada all’interno è oggetto di speculazione. Il centro di un buco nero è noto come singolarità, un punto di densità infinita. Questo è il punto in cui la nostra attuale comprensione della fisica si rompe. Le simulazioni mostrano che le singolarità si trovano rapidamente, orbitano brevemente e poi si fondono — ma ciò che accade realmente non è chiaro. Stranamente, il nuovo buco nero fuso ha una massa inferiore alla somma delle masse della coppia originale. Ad esempio, nel 2016, la Collaborazione Scientifica LIGO ha rilevato il primo evento di onde gravitazionali da buchi neri in fusione, scoprendo che un buco nero di 36 masse solari si era fuso con un buco nero di 30 masse solari per creare un nuovo buco nero dal peso totale di sole 63 masse solari. Cosa è successo ai tre masse solari aggiuntive? Quella massa è stata convertita in energia sotto forma di onde gravitazionali. Qualcuno doveva pagare per tutta l’energia persa, e questa proveniva dalla conversione della massa del buco nero stesso. In ogni fusione di buchi neri, circa il 5% viene convertito in onde gravitazionali. Per avere un’idea, è come se si stessero convertendo tre soli interi in pura energia. Quando i buchi neri si scontrano, rilasciano più energia di ogni stella nell’universo — e tutto ciò avviene in completo, totale silenzio e oscurità.