L’osservazione di un secondo evento di onde gravitazionali è stata annunciata oggi, nel corso di una conferenza stampa congiunta, dagli scienziati delle collaborazioni scientifiche LIGO e VIRGO, cui l’Italia partecipa con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN. Le minuscole increspature nel tessuto dello spaziotempo, previste dalla Relatività Generale di Albert Einstein cent’anni fa, sono state registrate per la seconda volta, sempre durante il primo periodo di presa dati conclusosi il 12 gennaio 2016, dagli interferometri gemelli Advanced LIGO, negli Stati Uniti (a Livingston in Louisiana, e a Hanford nello Stato di Washington), alle ore 3:38:53 UTC del 26 dicembre 2015. Come nel caso della prima rivelazione, anche queste onde gravitazionali sono state prodotte dalla fusione di due buchi neri, processo che risale a 1,4 miliardi di anni fa.
Lo studio è stato accettato per la pubblicazione dalla rivista scientifica internazionale Physical Review Letters che, l’11 febbraio scorso, aveva pubblicato l’articolo della scoperta delle onde gravitazionali.
Dopo l’apertura di nuovi orizzonti scientifici con la prima storica osservazione delle onde gravitazionali, questa nuova misura ci conferma che siamo davvero entrati nel vivo dell’era dell’astronomia gravitazionale: stiamo cioè studiando il nostro universo in un modo completamente nuovo.
L’osservazione
Le onde misurate in questa seconda osservazione si riferiscono alle ultime 27 orbite che i buchi neri, di massa pari a 14 e 8 masse solari, hanno percorso nello “spiraleggiare” vorticosamente l’uno attorno all’altro prima di fondersi e formare un unico buco nero più massiccio, con massa equivalente a 21 masse solari. L’energia liberata sotto forma di onde gravitazionali equivale quindi a circa una massa solare.
“Questo secondo evento – spiega Fulvio Ricci, ricercatore INFN e professore alla Sapienza Università di Roma, a capo della collaborazione scientifica internazionale VIRGO – ha caratteristiche sensibilmente diverse dal primo”. “È, infatti, generato da buchi neri più leggeri di quelli del precedente segnale – prosegue Ricci – e noi siamo stati in grado di seguirne l’evoluzione per più tempo: questo ci ha consentito di caratterizzare bene il sistema, nonostante il rapporto tra il segnale e il rumore di fondo fosse di minore intensità. La caccia ai segnali generati da sistemi binari di buchi neri si è anche arricchita di un terzo evento, più debole degli altri due e quindi con una probabilità più elevata che possa essere una falsa rilevazione. Tuttavia, anche in questo caso, attribuendo a questo terzo evento un significato astrofisico, saremmo di fronte a un terzo sistema di buchi neri, che è collassato a formare un buco nero finale. Nella sostanza stiamo intravedendo l’esistenza di un’intera popolazione di buchi neri, le cui caratteristiche saranno ben presto svelate nelle prossime fasi di presa dati degli interferometri avanzati”, conclude Ricci.
Una rete di interferometri per l’astronomia gravitazionale
“Gli osservatori per onde gravitazionali rappresentano uno strumento unico per indagare il cosmo, – spiega Federico Ferrini, direttore dello European Gravitational Observatory EGO, che ospita e gestisce l’interferometro VIRGO – perché questi particolarissimi messaggeri cosmici portano con sé informazioni che non saremmo in grado di ottenere in altro modo”. Il segnale delle onde gravitazionali è stato registrato dall’interferometro in Louisiana con 1,1 millisecondi di anticipo rispetto all’interferometro nello stato di Washington. Questa misura, seppur di grande precisione, non consente, però, di localizzare con esattezza la sorgente: per farlo è necessario almeno un terzo interferometro che consenta la triangolazione. “Quando nell’autunno di quest’anno l’interferometro europeo VIRGO entrerà in funzione, a conclusione dei lavori che lo porteranno, come i due interferometri LIGO, alla configurazione avanzata (advanced), – spiega Gianluca Gemme, responsabile nazionale INFN di VIRGO – allora sarà possibile restringere la porzione di cielo in cui ha avuto luogo il processo di fusione dei due buchi neri”. “Questo darà un contributo sostanziale alla nuova astronomia gravitazionale e all’astronomia multi-messaggero: potremo dare l’allerta agli altri esperimenti, telescopi sia terrestri sia spaziali per la rivelazione di fotoni gamma, raggi cosmici o neutrini, per esempio, in modo che si orientino, praticamente in tempo reale, nella direzione della sorgente per individuare altri eventuali messaggeri cosmici emessi da essa”.
“Le osservazioni di onde gravitazionali, integrate con l’eventuale individuazione di altre radiazioni emesse dalla loro sorgente, – sottolinea Marco Pallavicini, presidente della Commissione Nazionale INFN per le ricerche di fisica astroparticellare – è come se ci dessero un senso completamente nuovo con cui esplorare il nostro universo”. “Nessuno può dire che cosa scopriremo con questo nuovo strumento sensoriale, ma la storia insegna che ci aspettano molte sorprese”, conclude Pallavicini.
VIRGO e la collaborazione nazionale
L’Italia ha svolto un ruolo di primo piano nel raggiungimento di questi fondamentali risultati e continuerà con il suo impegno a fornire contributi determinanti. L’INFN, assieme al Centre National della Recherche Scientifique CNRS francese, ha avviato il progetto per l’interferometro VIRGO, a Cascina (PI) presso lo European Gravitational Observatory EGO, che lo gestisce, dove la comunità dei fisici dell’INFN è oggi fortemente impegnata in queste ricerche. VIRGO è un progetto nato dall’originale idea dell’italiano Adalberto Giazotto e del francese Alain Brillet. Vi collaborano 250 fisici e ingegneri, di cui la metà dell’INFN, provenienti da 19 istituti europei in Italia (INFN), Francia (CNRS), Olanda (Nikhef), Ungheria (MTA Wigner RCP) e Polonia (POLGRAW group). L’INFN partecipa a VIRGO con le proprie Sezioni presso le Università di Pisa, Firenze con il gruppo di ricerca di Urbino, Perugia, Genova, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Napoli, Padova, e i Centri Nazionali Tifpa di Trento e GSSI dell’Aquila.
LIGO
Gli osservatori LIGO, finanziati dalla National Science Foundation NSF, sono stati progettati e sono ora gestiti da Caltech e MIT. Alla collaborazione scientifica LIGO partecipano la collaborazione GEO600, che fa capo all’omonimo osservatorio in Germania, e l’Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy, oltre a università e istituti di ricerca degli Stati Uniti e di altri 14 Paesi.
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