UNA MISSIONE IMPOSSIBILE?

Come ti trovo le sorgenti di onde gravitazionali

Lo European Gravitational Observatory a Cascina in provincia di Pisa ha ospitato un meeting internazionale dove fisici e astrofisici hanno discusso metodi e strategie per individuare nella banda elettromagnetica le sorgenti delle onde gravitazionali che potranno essere captate dai telescopi LIGO e VIRGO

onde gravitazionaliIdentificare nel cielo la sorgente astrofisica di un segnale gravitazionale osservato con i “telescopi gravitazionali” LIGO (ad Hanford e Livingston, USA) e Virgo (a Cascina, Pisa, Italia): una “Mission Impossible”? se lo sono chiesti e ne hanno discusso in un meeting fisici e astrofisici, riunitisi presso lo European Gravitational Observatory a Cascina, in provincia di Pisa.

Perché si parla di “Mission Impossible” per la ricerca della sorgente celeste controparte elettromagnetica di segnali gravitazionali?  Perché la complessità dei processi fisici coinvolti, le difficoltà operative e tecnologiche sono una sfida ai limiti delle attuali strumentazioni per le osservazioni astronomiche. I primi ‘alert’ saranno comunicati con una incertezza sulla posizione dell’ordine di circa 100 gradi quadrati. Ciò significa dover cercare oggetti variabili in una regione di cielo equivalente a un quadrato virtuale con un lato circa 20 volte il diametro della Luna! In più, questo si deve fare in un tempo rapidissimo: alcune tra le controparti più probabili (come i Lampi di Raggi Gamma corti, i GRB short) si affievoliscono drasticamente in poche ore o giorni. Dobbiamo ricordare che, come dimostrano diversi studi osservativi, sono molte centinaia le sorgenti variabili che ci possiamo attendere da una ricerca in un’area così vasta. Bisognerà saper riconoscere quella giusta perché ancora non sappiamo  quali siano le sorgenti che emettono onde gravitazionali (GW). Alcune sono state previste dagli studi teorici, ma quali e quante altre sono ancora da scoprire?

D’altra parte la posta in gioco è altissima.  Si tratta di usare per la prima volta dei messaggeri eccezionali, le onde gravitazionali, in grado di trasportare fino a noi informazioni uniche che i messaggeri tradizionali (i fotoni) non sono in grado di portarci. Si aprirà una nuova frontiera della fisica per studiare i processi esplosivi e i collassi gravitazionali più potenti: quelli sprigionati dall’incontro di stelle di neutroni binarie, tra stelle di neutroni e buchi neri, i possibili progenitori di GRB. Questi messaggeri ci permetteranno di studiare la materia in condizioni di densità estrema (maggiore addirittura di quella dei nuclei atomici) e i processi fisici nei regimi dominati dalle leggi della relatività generale.

Oggi la  “mission impossible” è vicina a poter essere realizzata! E’ stato già dimostrato che è possibile identificare una sorgente elettromagnetica con telescopi ottici e da terra in un’area d’incertezza di oltre 70 gradi quadrati. E’ il caso di un afterglow di un Lampo Gamma individuato a partire dall’allerta emesso dal team GMT@Fermi dei colleghi dell’Intermediate Palomar Transient Factory (IPTF).

Il confronto tra la comunità degli astrofisici abituati a lavorare con il messaggero elettromagnetico (i fotoni) ed i fisici che stanno cercando di individuare le prime rilevazioni dirette di onde gravitazionali ha permesso un dibattito serrato sui piani operativi che gli astrofisici dovranno attuare a seguito degli  allerta da potenziali sorgenti gravitazionali durante la prima sessione di osservazioni con LIGO-Virgo, prevista a partire da settembre 2015. Oltre 20 gruppi indipendenti di astrofisici hanno esposto le loro strategie ed ‘armi’ per individuare la prima controparte elettromagnetica di segnali gravitazionali.

L’INAF è stato uno degli organizzatori di questo meeting collaborando all’organizzazione scientifica sia alla logistica. E’ stata anche presentata la nostra strategia per essere competitivi in questa gara. Quattro le armi principali del gruppo INAF per scoprire e identificare la controparte elettromagnetica di onde gravitazionali:

  1. il VLT Survey Telescope in grado di coprire circa 100 gradi quadrati in una notte in 2 bande di radiazione (g, r) raggiungendo oggetti deboli sino alla 23esima magnitudine nel visuale;
  2. osservazioni multi-banda da terra e dallo spazio per coprire quasi tutto lo spettro elettromagnetico;
  3. grande esperienza dei ricercatori INAF e italiani sulla ricerca di sorgenti transienti (come Supernovae e GRB) e fotometria di precisione in campi stellari affollati;
  4. collaborazione con i ricercatori Virgo già avviata per sfruttare al meglio le informazioni dalle rivelazioni di sorgenti gravitazionali e ottimizzare le probabilità di identificazione della controparte elettromagnetica.

Tra i ricercatori c’è un clima di grande attesa e consapevolezza di essere molto vicini a un grande passo per la conoscenza della fisica degli oggetti compatti e di esplosioni violente. D’altra parte, ciò che senza dubbio è il sentimento più diffuso è la speranza di essere sorpresi dalla natura che, come già accaduto nella storia dell’astrofisica, spesso supera di gran lunga le nostre previsioni e aspettative.  D’altra parte «Quella del mistero è la migliore esperienza che possiamo avere. È l’emozione fondamentale che veglia la culla della vera arte e della vera scienza» diceva Albert Einstein.