Gli scienziati delle collaborazioni LIGO-VIRGO hanno annunciato la terza osservazione delle onde gravitazionali, le “increspature” del “tessuto” dello spaziotempo previste da Albert Einstein nella sua teoria della Relatività Generale. Come nel caso delle prime due osservazioni, le onde sono state prodotte dalla collisione di due buchi neri e dalla loro successiva fusione in un unico buco nero di massa maggiore. Il nuovo buco nero si trova a una distanza di circa tre miliardi di anni luce (una distanza doppia rispetto a quella dei due sistemi osservati nel 2015) e ha una massa pari a circa 49 volte quella del nostro Sole, un valore intermedio rispetto ai sistemi osservati nel 2015 (62 e 21 masse solari, rispettivamente, per la prima e per la seconda osservazione).

La terza osservazione, dal nome in codice GW170104, è avvenuta il 4 gennaio 2017 e viene descritta in un articolo pubblicato il 1° giugno su Physical Review Letters. L’evento è stato registrato dai due rivelatori LIGO situati a Hanford, nello stato di Washington e a Livingston in Louisiana, negli Stati Uniti, nel corso del periodo di osservazione, cominciato il 30 novembre 2016. La presa dati dei due interferometri americani proseguirà durante l’estate, quando saranno raggiunti anche dal rivelatore europeo VIRGO, in Italia, che fa capo allo European Gravitational Observatory (EGO), fondato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese. Quando VIRGO, ora in fase di commissioning per raggiungere la sensibilità necessaria, si unirà ai LIGO, la capacità di localizzare le sorgenti delle onde gravitazionali sarà di gran lunga maggiore rispetto a quella che si può ottenere con due soli interferometri.
“Con questa terza scoperta confermiamo l’esistenza di una popolazione di buchi neri di massa superiore alle 20 masse solari, che non era mai stata osservata”, commenta Jo van den Brand di Nikhef e della Università Vrije di Amsterdam, il nuovo portavoce della collaborazione VIRGO, entrato in carica il 1° maggio. “Grazie al loro lavoro congiunto, le collaborazioni LIGO e VIRGO sono riuscite a ottenere una nuova incredibile osservazione di un cataclisma cosmico, avvenuto miliardi di anni fa”, conclude van den Brand.
“Le collaborazioni scientifiche LIGO e VIRGO hanno svolto un lavoro enorme per analizzare i dati raccolti dagli strumenti che hanno portato a questa terza, emozionante, scoperta”, sottolinea Gianluca Gemme, responsabile nazionale INFN di VIRGO. “Ora tutta la collaborazione VIRGO sta lavorando con grande intensità per portare il proprio rivelatore a unirsi ai LIGO nell’osservazione di nuovi eventi, migliorando così la capacità di puntamento della rete di interferometri e aprendo la strada all’astronomia multimessaggero”.

I dati sono stati analizzati dalle collaborazioni LIGO e VIRGO, che dal 2007 lavorano come fossero un’unica grande collaborazione globale, complessivamente un gruppo di oltre 1200 ricercatori, appartenenti a più di 100 istituzioni scientifiche, sparse in quattro continenti. In precedenza, questa collaborazione internazionale ha portato alla prima osservazione diretta delle onde gravitazionali, avvenuta il 14 settembre 2015 e annunciata l’11 febbraio 2016. In seguito, una seconda osservazione ha avuto luogo nel dicembre del 2015. In tutti e tre i casi, le onde gravitazionali sono state prodotte dalla violenta collisione di coppie di buchi neri – un evento che produce, nel breve istante che precede la loro fusione, una potenza maggiore rispetto a quella emessa sotto forma di radiazione luminosa da tutte le stelle e da tutte le galassie nell’universo osservabile.

La nuova osservazione fornisce anche qualche indizio sulla direzione dell’asse di rotazione dei buchi neri. Infatti, mentre due buchi neri orbitano uno intorno all’altro, ciascuno ruota anche intorno al proprio asse, come una coppia di pattinatori sul ghiaccio che, mentre girano uno intorno all’altro, ruotano anche su loro stessi. La direzione dell’asse di rotazione dei buchi neri può essere allineata all’asse di rotazione orbitale, oppure può trovarsi nella direzione opposta, o, anche, inclinata rispetto al piano dell’orbita. L’analisi dei dati tende ad indicare che almeno uno dei due buchi neri fosse disallineato rispetto al moto orbitale. Questa indicazione può fornire informazioni interessanti sui meccanismi di formazione della coppia di buchi neri.

VIRGO è alla vigilia del completamento di un importante programma di aggiornamento, chiamato Advanced VIRGO. Un primo test dello strumento con tutte le sue componenti pienamente operative è stato completato con successo nel corso della prima settimana di maggio. La sensibilità del rivelatore è in costante miglioramento e si prevede che entro l’estate VIRGO si unisca nella ricerca ai rivelatori LIGO.

Le attività di ricerca di VIRGO sono realizzate dalla collaborazione VIRGO, formata da più di 280 fisici e ingegneri appartenenti a 20 gruppi europei: 6 del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia; 8 dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia; 2 nei Paesi Bassi con Nikhef; MTA Wigner RCP in Ungheria; il gruppo POLGRAW in Polonia; e lo European Gravitational Observatory (EGO), il laboratorio che ospita e gestisce VIRGO, nei pressi di Pisa in Italia. Recentemente anche la Spagna si è unita alla collaborazione VIRGO, con un gruppo dell’Università di Valencia.
LIGO è finanziato dalla National Science Fundation (NSF) e gestito da Caltech e MIT che hanno concepito e realizzato il progetto. Un migliaio di scienziati da tutte le parti del mondo contribuisco all’impresa attraverso la LIGO Scientific Collaboration (LSC), che include la collaborazione GEO in Germania.

Immagine buchi neri ©LIGO Scientific Collaboration