Gli scienziati che studiano le onde gravitazionali pensano di aver capito come l'universo crea i suoi buchi neri più grandi, e spoiler: non è il solito drammatico collasso di una stella morente. Invece, questi pesi massimi cosmici sembrano essere recidivi, crescendo attraverso collisioni multiple all'interno di ammassi stellari più affollati di una metropolitana di Tokyo all'ora di punta.

Guidato dalla Cardiff University, lo studio ha esaminato la versione 4.0 del Catalogo Transitorio di Onde Gravitazionali LIGO-Virgo-KAGRA (GWTC4), che registra 153 fusioni affidabili di buchi neri. Il team, pubblicando su Nature Astronomy, si è concentrato sul fatto se i buchi neri più grandi fossero oggetti di "seconda generazione" - formati quando buchi neri da stelle morte si scontrano, poi si fondono di nuovo in ambienti stellari densi dove le stelle sono stipate fino a un milione di volte più vicine che nel nostro vicinato solare.

"L'astronomia delle onde gravitazionali ora sta facendo più che contare le fusioni di buchi neri," ha detto l'autore principale Dr. Fabio Antonini della Cardiff University. "Sta iniziando a rivelare come i buchi neri crescono, dove crescono, e cosa questo ci dice sulle vite e le morti delle stelle massicce." L'analisi ha identificato due popolazioni distinte di buchi neri, con quelli più pesanti che mostrano un comportamento di spin peculiare - rotazioni rapide in direzioni casuali, esattamente ciò che ci si aspetterebbe da fusioni ripetute in ammassi densi.

"Ciò che ci ha sorpreso di più è stato quanto chiaramente i buchi neri di alta massa si distinguano come una popolazione separata," ha aggiunto la co-autrice Dr. Isobel Romero-Shaw. "A differenza dei sistemi di massa inferiore... i sistemi di massa superiore sono coerenti con l'avere rotazioni più rapide, orientate in direzioni apparentemente casuali. Questa è la firma esatta che ci si aspetterebbe se i buchi neri si fondessero ripetutamente in ammassi stellari densi."

Lo studio rafforza anche le prove per un misterioso "gap di massa" intorno a 45 masse solari, dove stelle di una certa dimensione dovrebbero esplodere così violentemente da non lasciare dietro alcun buco nero. "I buchi neri più grandi nel campione attuale sembrano dirci qualcosa sulla dinamica degli ammassi, non solo sull'evoluzione stellare," ha notato Antonini. "Al di sopra di circa 45 masse solari la distribuzione dello spin cambia... naturalmente spiegato se questi buchi neri hanno già subito fusioni precedenti in ammassi densi."

Guardando al futuro, i ricercatori suggeriscono che questi dati potrebbero aiutare a sondare la fisica nucleare all'interno delle stelle massicce, poiché il gap di massa da instabilità di coppia dipende dalle reazioni nei nuclei stellari. "In futuro, i dati delle onde gravitazionali potrebbero aiutare gli scienziati a studiare la fisica nucleare," ha detto la co-autrice Dr. Fani Dosopoulou. Perché niente dice "fisica nucleare" come un buco nero che ha subito molteplici tamponamenti cosmici.