INTEGRAL: NESSUN SEGNALE NEI RAGGI GAMMA

Indagando le sorgenti di onde gravitazionali

Le indagini condotte con il telescopio spaziale per alte energie INTEGRAL pongono i primi vincoli sull'intensità dell'energia elettromagnetica che potrebbe essere stata emessa dalla sorgente dell'onda gravitazionale rilevata il 14 settembre del 2015. Pietro Ubertini (INAF): «L’emissione elettromagnetica della sorgente doveva essere almeno un milione di volte più bassa di quella associata all’emissione delle onde gravitazionali»

gravitational-wavesIl 14 settembre del 2015 i due rilevatori del Laser Interferometer Gravitational wave Observatory (LIGO) hanno osservato per la prima volta il transito di un’onda gravitazionale. La scoperta, annunciata dalle collaborazioni LIGO e Virgo lo scorso febbraio, rappresenta la prima conferma diretta della rilevazione delle onde gravitazionali, la cui esistenza era stata prevista da Albert Einstein un secolo fa.

Uno dei limiti osservativi attuali è che gli interferometri operativi non consentono di individuare la posizione esatta nel cielo da cui provengono le onde gravitazionali, ma indicano un’ampia striscia dove è più alta la probabilità della loro direzione d’arrivo. Così, due giorni dopo, il 16 settembre 2015, vengono allertati telescopi e strumenti astronomici da Terra e dallo spazio, per cercare possibili tracce di segnali elettromagnetici associati alla sorgente dell’onda gravitazionale. La natura della sorgente non è ancora chiara e le informazioni raccolte con osservazioni in tutta la banda elettromagnetica possono essere utili per raccogliere indizi su di essa. Le onde gravitazionali sono infatti prodotte da masse accelerate, e in modo significativo dalla coalescenza di oggetti celesti molto densi come stelle di neutroni e buchi neri. Anche se le attuali teorie indicano come l’emissione di onde elettromagnetiche durante un evento di fusione di buchi neri sia estremamente debole, è possibile che un evento di fusione in cui almeno uno dei protagonisti sia una stella di neutroni possa lasciare una firma caratteristica osservabile anche nelle onde elettromagnetiche.

Tra gli osservatori che hanno partecipato alla campagna di indagine per la sorgente dell’onda gravitazionale del 14 settembre 2015 c’è stato il satellite dell’ESA INTEGRAL, realizzato con il sostegno dell’Agenzia Spaziale Italiana e il contributo scientifico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica. «Abbiamo cercato attraverso tutti i dati INTEGRAL disponibili, ma non abbiamo trovato alcuna indicazione di emissione di alta energia associata al rilevamento LIGO», dice Volodymyr Savchenko del Centro François Arago a Parigi, Francia. Volodymyr è il primo autore di un articolo che descrive i risultati, pubblicati oggi sulla rivista the Astrophysical Journal Letters.

Gli scienziati hanno analizzato i dati dello schermo ad anti-coincidenza installato sullo strumento SPI di INTEGRAL, la cui funzione è, da un lato, quello di proteggere lo strumento dalle radiazioni e particelle provenienti da altre direzioni rispetto al campo visivo in cui sta puntando e, dall’altro, rilevare fonti transienti di raggi gamma. Per queste sue caratteristiche, è quasi ininterrottamente in funzione ed è sensibile agli imprevedibili segnali che possono arrivare da qualunque parte del cielo.

Il team ha anche esaminato i dati da IBIS, il telescopio a raggi gamma a bordo di INTEGRAL, che però stava puntando in una direzione diversa dalla zona di cielo in cui è probabilmente collocata la sorgente delle onde gravitazionali. «C’è stata molta eccitazione nel Team INTEGRAL quando abbiamo saputo della rivelazione delle onde gravitazionali da parte di LIGO» dice Pietro Ubertini, ricercatore dell’INAF e responsabile per il telescopio gamma IBIS. «Infatti sia SPI che IBIS hanno rivelatori in grado di osservare tutto il cielo e di poter risalire alla direzione di arrivo di eventuali lampi X e gamma associati agli eventi LIGO. Quando abbiamo verificato che il satellite stava funzionando perfettamente in contemporanea a LIGO abbiamo subito iniziato l’analisi dei dati scientifici ed abbiamo ottenuto un primo risultato importante: l’emissione elettromagnetica della sorgente doveva essere almeno un milione di volte più bassa di quella associata all’emissione delle onde gravitazionali, altrimenti sarebbe stata certamente rivelata sia da SPI che da IBIS. Due settimane fa è stato approvato un nuovo protocollo della modalità operativa di INTEGRAL, che ora sarà puntato non appena possibile verso la direzione di arrivo del prossimo evento segnalato da LIGO. Quando poi sarà operativo anche l’interferometro VIRGO, INTEGRAL grazie al suo grande campo di vista coprirà tutta zona di alta probabilità di provenienza dei segnali gravitazionali rivelati: la speranza è di identificare l’oggetto cosmico responsabile dell’emissione gravitazionale».

L’analisi dei dati di LIGO ha indicato che le onde gravitazionali sono state prodotte da una coppia di buchi neri in fusione, ognuno con circa 30 masse solari, a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Per un evento del genere, gli scienziati non si aspettavano alcuna emissione significativa di radiazione elettromagnetica alle varie lunghezze d’onda: la mancata rilevazione di segnali di alta energia dagli strumenti di INTEGRAL conferma questo scenario. Così come INTEGRAL, praticamente tutti gli osservatori coinvolti in questa estesa campagna osservativa non hanno captato emissioni elettromagnetiche correlabili al transito dell’onda gravitazionale, dalle frequenze più basse (banda radio) all’infrarosso fino ai raggi X e gamma, dove ci aspettiamo segnali simili ai famosi lampi gamma.

L’unica voce fuori dal coro è quella legata alla possibile identificazione di un lampo di raggi gamma registrato dalla missione Fermi della NASA, circa 0,4 secondi dopo il transito dell’onda gravitazionale del 14 settembre. L’evento, durato circa un secondo, proveniva da una direzione compatibile con la striscia di cielo identificata da LIGO. Questa segnalazione ha alimentato una serie di studi teorici basati sui possibili scenari in cui la fusione di due buchi neri di massa stellare possa effettivamente rilasciare non solo onde gravitazionali, ma anche raggi gamma.

Comunque, se il flebile lampo gamma rivelato fosse stato di origine cosmica, frutto della coalescenza dei due buchi neri o di altro fenomeno celeste, sarebbe stato certamente rivelato da INTEGRAL in coincidenza temporale. Il fatto che i raggi gamma non sono stati osservati da INTEGRAL può indicare che il fenomeno osservato da FERMI sia di origine diversa. «Questi risultati mettono in luce l’importanza della sinergia tra scienziati e osservatori sparsi per il mondo e nello spazio, fondamentali per la ricerca di “messaggi” diversi che ci arrivano dal cosmo, dalla recente rivelazione di onde gravitazionali alle particelle cosmiche alla radiazione attraverso lo spettro elettromagnetico» dice Erik Kuulkers, responsabile ESA per la missione INTEGRAL.

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