I binari di massa negativa generano radiazioni gravitazionali mai viste prima

AUTORE: Avi Loeb – 6 Maggio 2026 – Vai all’articolo originale LINK

(Credito immagine: Scientific American)

Negli ultimi mesi, due articoli (accessibili qui e qui) hanno suggerito l’esistenza di un’abbondante popolazione di oggetti di massa negativi nell’Universo. La teoria della gravità di Albert Einstein, la relatività generale, consente masse negative, come discusso in un articolo seminale del 1957 pubblicato qui dal fisico Herman Bondi. Nel 2015, Robert Forward ha mostrato in un documento disponibile qui come le masse negative possono essere utilizzate per la propulsione senza carburante. Ma come ho spiegato in un recente saggio qui, non abbiamo idea se le masse negative possano essere costruite nella realtà. In effetti, la loro esistenza creerebbe problemi fondamentali nella nostra attuale comprensione del mondo fisico. Ad esempio, le masse negative possono essere utilizzate come elementi costitutivi nell’ingegneria di una macchina del tempo che violerebbe la causalità, come ho spiegato in un saggio precedente qui.

In linea di principio, ci sono tre tipi di massa:

1. Massa inerziale, vale a dire la massa data dal rapporto tra la forza che agisce su un oggetto e la sua accelerazione risultante.
2. Massa gravitazionale attiva, vale a dire la massa che genera il campo gravitazionale attorno all’oggetto e influenza il movimento di altri oggetti.
3. Massa gravitazionale passiva, vale a dire la massa che accoppia l’oggetto al campo gravitazionale esterno generato da altri oggetti.

La conservazione dello slancio richiede che le masse gravitazionali attive e passive siano uguali. Altrimenti, lo slancio guadagnato da un oggetto non sarà necessariamente bilanciato dallo slancio perso da un altro oggetto quando i due interagiscono gravitazionalmente l’uno con l’altro. La conservazione dello slancio è una conseguenza della simmetria traslazionale spaziale, vale a dire l’invarianza delle leggi della fisica per spostare un sistema da una posizione all’altra. Pertanto, è un principio sacro che non può essere violato.

L’uguaglianza della massa inerziale e della massa gravitazionale passiva è un presupposto fondamentale, chiamato principio di equivalenza, nella teoria della relatività generale di Einstein. Si basa su esperimenti, tra cui Galileo Galilei e numerosi esperimenti di follow-up, che hanno dimostrato che tutti gli oggetti accelerano allo stesso modo sotto l’azione della gravità indipendentemente dalla loro massa o composizione. Nel discutere di oggetti di massa negativi, si presume spesso che la conservazione della quantità di moto e il principio di equivalenza siano entrambi validi, e quindi tutte e tre le forme di massa siano uguali.

Tuttavia, il principio di equivalenza si basa su dati osservativi per le masse positive e potrebbe potenzialmente essere violato per le masse negative. Un nuovo articolo (disponibile qui) di cui ho appena coautore con il brillante dottorando Oem Trivedi, mostra che un sistema fatto di due oggetti che possiedono valori diversi del rapporto tra le loro masse gravitazionali e inerziali emetterebbe radiazioni gravitazionali a dipolo invece della solita radiazione gravitazionale quadrupolo. La situazione è analoga a un sistema fatto di cariche elettriche positive e negative con masse inerziali positive. Finora, nessun segno di radiazione gravitazionale dipolo è stato rilevato dagli osservatori delle onde gravitazionali LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). I limiti di corrente sulla radiazione gravitazionale dipolo sono stretti, come discusso qui.

Ma anche se l’Universo contiene solo masse negative che soddisfano il Principio di Equivalenza, ci si aspetta che i sistemi binari contenenti tali masse generino segnali di onde gravitazionali mai visti prima:

1. I sistemi con una massa totale negativa sono repellenti e di breve durata, impedendo la formazione di binari stabili.
2. I sistemi con una massa totale positiva, dove la massa negativa è di grandezza inferiore alla massa positiva, possono formare orbite circolari. Tuttavia, la loro evoluzione sotto radiazione gravitazionale porta all’espansione piuttosto che all’inspirale, producendo segnali anti-cinguettio con frequenza decrescente. Tale forma d’onda è opposta al cinguettio osservato per tutte le fonti di onde gravitazionali finora da LVK. L’assenza di segnali anti-cinguettio negli attuali cataloghi di onde gravitazionali fornisce un vincolo osservativo diretto sui binari di massa negativi. Per un binario positivo-positivo ordinario, l’energia orbitale è negativa e diventa più negativa man mano che la separazione binaria diminuisce, quindi la perdita di energia delle onde gravitazionali spinge il sistema verso la frequenza inspirale e crescente. Per un binario positivo-negativo con una massa totale positiva, l’energia orbitale inizia ad essere positiva e diminuisce verso lo zero man mano che la separazione binaria cresce, quindi la stessa perdita di energia delle onde gravitazionali fa sì che il sistema si espanda piuttosto che contrarsi.
3. I sistemi con una massa totale zero, in cui la massa negativa annulla la massa positiva con precisione, corrispondono a soluzioni in fuga in cui la coppia accelera fino alla velocità della luce in qualche direzione piuttosto che impegnarsi in un movimento periodico.

Finora, la nuova frontiera osservativa dell’astrofisica delle onde gravitazionali non ha portato alla scoperta di nuove fonti inaspettate nel nostro Universo nell’ultimo decennio. Questo è un po’ deludente e fuori linea con la storia dell’astronomia, dove gli osservatori in una nuova banda dello spettro elettromagnetico hanno sempre rivelato nuove fonti inaspettate. Questo è stato il caso dei radiotelescopi che hanno scoperto lo sfondo cosmico a microonde, le complesse molecole interstellari o le esplosioni radio veloci; i telescopi a raggi X che hanno scoperto i buchi neri in accrescimento, lo sfondo cosmico dei raggi X o i cluster a raggi X e i telescopi a raggi gamma che hanno scoperto esplosioni di raggi gamma, pulsar a raggi gamma o lo sfondo cosmico a raggi gamma.

Il nostro nuovo documento mostra che i sistemi binari con membri di massa negativi genererebbero segnali di onde gravitazionali con proprietà mai viste prima. Forniscono nuovi obiettivi per gli osservatori delle onde gravitazionali che potrebbero trovarli o porre i limiti più severi alla loro esistenza.