Ligo e Virgo scoprono un nuovo segnale di onde gravitazionali


28 Settembre 2017 - I rilevatori di onde gravitazionali americani Ligo e l’italiano Virgo funzionano alla grande. E ora sono in grado di localizzare le fonti con grande precisione e misurare la polarizzazione delle onde gravitazionali.
I rilevatori di onde gravitazionali americani Ligo e l’italiano Virgo funzionano alla grande. E ora sono in grado di localizzare le fonti con grande precisione e misurare la polarizzazione delle onde gravitazionali.

La notizia è di quelle importanti per la fisica dell’Universo. I due rilevatori Ligo che si trovano negli Stati Uniti e il rilevatore Virgo di Cascina (Pisa),  hanno misurato un segnale di onde gravitazionaliproveniente dallo scontro (tecnicamente si dice coalescenza) tra due buchi neri, stelle così compatte che nemmeno la luce può sfuggire alla loro gravità.

L'osservazione dell'evento (in sigla GW170814, clicca qui per vedere la mappa interattiva) è stata registrata da tutti e tre i rilevatori il 14 agosto 2017 con una precisione mai raggiunta prima ed è la prima effettuata da Advanced Virgo, il fiore all’occhiello dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) italiano.

Le onde gravitazionali (“increspature” del “tessuto” dello spazio-tempo) sono state emesse durante i momenti finali della fusione di due buchi neri, con masse rispettivamente di circa 31 e 25 volte la massa del Sole, distanti da noi circa 1,8 miliardi di anni luce.  Il buco nero così prodotto ha una massa circa 53 volte quella del nostro Sole: ciò significa che, nella fase di coalescenza, circa 3 masse solari sono state convertite in energia sotto forma di onde gravitazionali.

Non è la prima volta che registriamo le onde gravitazionali prodotte dalla fusione di un sistema binario di buchi neri, è la quarta, ma è la prima volta che i due esperimenti (i Ligo e Virgo) hanno funzionato insieme: dall'1 al 25 agosto i due rilevatori di Ligo hanno funzionato in parallelo con Virgo Advanced. I risultati, come si vede dall’annuncio di oggi, non hanno tardato ad arrivare, e a detta dei ricercatori sono clamorosi.

Questa straordinaria scoperta è importante per almeno due motivi.

SUPER PRECISA. Il primo motivo è la precisione con cui è stata realizzata l’osservazione: "ascoltare" il cosmo con tre interferometri invece di due permette una localizzazione del fenomeno 10 volte migliore. È stato così possibile restringere la regione del cielo che contiene l’evento GW170814 a dimensioni di soli 60 gradi quadrati.

Il confronto tra l'osservazione annunciata oggi (GW170814) e le altre rilevate in precedenza. La regione del cielo che contiene l’evento è molto più piccola e ciò permette di sapere con precisione in che zona dell'Universo si trova. Di conseguenza si può osservare l'evento anche con altri strumenti.

Questo fa sì che quando Ligo e Virgo osservano un evento promettente, dopo pochi minuti gli scienziati possono allertare altri astronomi e far puntare altri telescopi e strumenti verso la sorgente delle onde gravitazionali.

Nell’evento GW170814, le informazioni di puntamento di precisione hanno permesso a 25 strumenti - a terra e nello spazio - di fare le loro osservazioni. In questo caso, nessuna controparte elettromagnetica è stata identificata, confermando così quanto previsto per i buchi neri. Ma se nel futuro si osservassero le onde gravitazionali causate dall’esplosione di una supernova, sarà possibile studiare gli sviluppi di quest’ultima. E lo stesso nel caso di scontri tra stelle di neutroni che provocano i lampi di raggi gamma.

POLARIZZAZIONE. Il secondo aspetto importante riguarda la scoperte che anche le onde gravitazionali sono polarizzate. Virgo non risponde allo stesso modo dei rilevatori Ligo al passare delle onde gravitazionali, perché ha una diversa collocazione e orientazione sulla Terra: non è parallelo agli altri 2 interferometri. Questo implica che si può mettere alla prova un'altra previsione della relatività generale, che riguarda la polarizzazione delle onde gravitazionali.

La polarizzazione descrive come lo spazio-tempo viene distorto nelle tre diverse direzioni spaziali di propagazione di un'onda gravitazionale. I primi test, basati sull'evento GW170814, mettono alla prova casi estremi: da un lato, le polarizzazioni consentite dalla relatività generale, e dall’altro, le polarizzazioni proibite dalla teoria di Einstein. L'analisi dei dati dimostra che la previsione di Einstein è fortemente favorita.

SUCCESSO DEGLI INTERFEROMETRI. Ora che grazie a Virgo siamo finalmente in grado di ascoltare nel dettaglio la “melodia” delle onde gravitazionali, abbiamo un nuovo e potente strumento per studiare quello che avviene nel cosmo. Si tratta, come dicono gli astronomi, di un’altra finestra osservativa, molto diversa da quelle attuali come luce visibile, onde radio, raggi infrarossi, raggi gamma. Permetterà di studiare i buchi neri e di guardare più lontano nel cosmo, perché le onde gravitazionali non sono attenuate dalla materia che incontrano, a differenza della luce. Potremo capire meglio che cosa accade dentro a pulsar e supernovae. E cosa è successo quando, con il Big Bang, è nata la gravità stessa.

APPUNTAMENTO NEL 2018. «È stato meraviglioso vedere un primo segnale di onde gravitazionali nel nostro nuovo rivelatore, dopo solo due settimane dall’inizio della presa dati», ha commentato Jo van den Brand, coordinatore della collaborazione di Virgo. «Questa è una grande ricompensa dopo tutto il lavoro svolto negli ultimi sei anni per la realizzazione del progetto Advanced Virgo, che ha consentito di potenziare il nostro rivelatore.»

«Questo è solo l'inizio delle osservazioni con la rete globale di interferometri realizzata grazie al lavoro congiunto di Virgo e Ligo», ha spiegato David Shoemaker (MIT), coordinatore della collaborazione scientifica LIGO. «Con il prossimo ciclo di attività osservative, previsto per l'autunno del 2018, possiamo aspettarci rivelazioni di questo tipo ogni settimana o anche più spesso».

L’articolo che descrive i dettagli di questa scoperta è stato accettato per la pubblicazione dalla rivista Physical Review Letters (qui si possono già consultare: https://dcc.ligo.org/P170814 e https://tds.virgo-gw.eu/GW170814) e apparirà domani su arXiv. 



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