ECCO COME SI SONO ATTIVATI GLI ASTROFISICI

Fusioni di buchi neri, a volte ritornano

Cosa c'è di diverso, e cosa di uguale, rispetto all’evento del settembre scorso? E quali le implicazioni di questa seconda osservazione per l’astrofisica? Media INAF lo ha chiesto al responsabile del progetto GRAWITA, Enzo Brocato, dell’Osservatorio astronomico di Roma

Timeline degli eventi fino ad oggi rilevati da LIGO, due dei quali confermati (quello del 14 settembre e quello del 26 dicembre) e un terzo troppo debole per averne certezza. Crediti: LIGO

Timeline degli eventi rilevati da LIGO nel 2015, due dei quali confermati (14 settembre e 26 dicembre) e un terzo (12 ottobre) troppo debole per averne certezza. Crediti: LIGO

Il 26 dicembre 2015, alle 4:38 di mattina ora italiana, anche per i rivelatori di onde gravitazionali è arrivato Babbo Natale. Portando in dono il secondo segnale inequivocabile prodotto dalle increspature del tessuto spazio-temporale. Entrambi i rivelatori che compongono il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno registrato l’evento, chiamato GW151226. La collaborazione scientifica LIGO e Virgo ha utilizzato i dati raccolti dai due interferometri e i loro risultati sono stati accettati per la pubblicazione sulla rivista Physical Review Letters.

Le onde gravitazionali ci permettono di ottenere informazioni preziose sulle loro origini, e anche in questo caso i fisici dei team scientifici LIGO e Virgo hanno potuto concludere che, a produrre l’emissione osservata il 26 dicembre scorso, sono stati gli istanti finali della fusione di un sistema binario di buchi neri. Lo storico rilevamento di LIGO del 14 settembre 2015 era il risultato della fusione di due buchi neri da 36 e 29 volte la massa del Sole. In questo caso, i buchi neri che hanno dato vita al secondo evento erano decisamente più leggeri: “appena” 14 e 8 volte la massa del Sole. La loro fusione ha prodotto un singolo buco nero con una massa pari a 21 volte quella del Sole, trasformando la massa solare supplementare in energia gravitazionale: quella misurata, appunto, dai rivelatori di LIGO.

Enzo Brocato (a sx) durante un meeting del team GRAWITA. Crediti: Media INAF

Enzo Brocato (a sx) durante un meeting del team GRAWITA. Crediti: Media INAF

Con quali conseguenze per la ricerca in campo astrofisico? Media INAF lo ha chiesto a Enzo Brocato, ricercatore all’Osservatorio Astronomico di Roma dell’INAF e responsabile del progetto GRAWITA,  “Gravitational Wave Astronomy with the first detections of adLIGO and adVIRGO experiments”.

Quali sono le caratteristiche di questo evento?

«Questo secondo evento non è stato intenso quanto il primo. Per questo motivo ha un’area di incertezza nella sua posizione maggiore: superiamo infatti i 1000 gradi quadrati. La direzione in questo caso è più centrata verso l’emisfero nord. È interessante notare che la massa dei due buchi neri è notevolmente minore rispetto a quelle della coppia coinvolta nel primo evento. La distanza è dello stesso ordine di grandezza dell’evento di settembre, circa 1.4 miliardi di anni luce, però questo non vuol dire che esiste una sorta di “buccia” nello spazio intorno a noi piena di buchi neri che si fondono. È una distanza che segna un valore ottimale per l’efficienza dell’apparato di rilevazione, e che il volume scansionato a quella distanza comincia a essere significativamente ampio e quindi la probabilità di osservare effettivamente un evento di coalescenza è più alta».

Quali implicazioni ha questa nuova rilevazione di un’onda gravitazionale?

«Aver captato questo secondo evento porta diversi effetti: il primo quello di poter affermare che stiamo lavorando nella direzione giusta, e quindi è un’iniezione di fiducia per tutta la comunità scientifica che sta lavorando su questo campo. Poi comincia a darci delle indicazioni, seppur grossolane, circa quale sia la frequenza con cui possiamo individuare questi eventi nel “run 2”, ovvero la seconda fase osservativa che vedrà coinvolti inizialmente i due interferometri LIGO e a cui si aggiungerà VIRGO. La frequenza attesa per la prossima sessione di attività per questi strumenti, che si protrarrà per circa sei mesi, oscilla da 3 a 100 eventi di coalescenza tra buchi neri. Questo farà compiere un ulteriore salto alla scienza che si potrà fare con questo tipo di studi, perché a questo punto si potrà capire come sono distribuiti in distanza, quanti ce ne sono, come sono distribuiti in massa e via dicendo. Un pochino più basse sono le aspettative di individuare eventi di fusione tra stelle di neutroni, che poi sono quelli per cui ci aspettiamo più verosimilmente anche emissione di radiazione elettromagnetica oltre quella gravitazionale. In questo caso dovremmo identificare al massimo venti episodi, o meglio, più verosimilmente, uno o due».

Qual è stata la partecipazione dell’INAF allo studio dei possibili eventi correlati all’evento di onde gravitazionali?

«Anche con questo evento, noi del team INAF denominato “Grawita” abbiamo dimostrato di poter reagire velocemente con osservazioni nell’ottico e nell’infrarosso, non solo per quanto riguarda la ricerca di fenomeni transienti, ma anche nella loro caratterizzazione e studio nei giorni seguenti. C’è toccato dire addio alle nostre ferie di Natale e capodanno. E ci siamo messi a osservare, con il telescopio VST, una porzione di cielo di 90 gradi quadrati nella zona di possibile provenienza del segnale, in una regione un po’ al limite del campo di vista dello strumento, poiché esso è collocato nell’emisfero sud, alla ricerca di fenomeni transienti potenzialmente riconducibili all’evento. Abbiamo fatto poi un ulteriore passo avanti, importantissimo perché ha visto l’analisi spettroscopica di questi transienti, che è fondamentale in quanto permette di analizzare la distribuzione energetica della sua radiazione elettromagnetica e capire, in ultima analisi, qual è la sua natura: se è una supernova, se è un nucleo galattico attivo, insomma qualche particolare oggetto celeste che può essere messo in relazione all’evento gravitazionale. In questa direzione il nostro team si è attivato utilizzando dati raccolti da vari telescopi, in gran parte dell’INAF: il Telescopio Nazionale Galileo (TNG) alle isole Canarie, il telescopio della sede osservativa di Asiago, e, per un transiente, anche il grande telescopio binoculare LBT in Arizona».

E avete notato qualcosa di riconducibile all’onda gravitazionale?

«Le caratteristiche assai particolari dell’evento emerso dagli spettri raccolti con LBT, che poteva essere considerato come una supernova “strana”, ci hanno spinto a indagare più a fondo e siamo riusciti così a determinare la sua distanza, che però ahimé si è rivelata incompatibile con quella a cui si è generata l’onda gravitazionale del 26 dicembre. I dati raccolti però ci permetteranno di studiare approfonditamente questa supernova, che presenta davvero delle caratteristiche molto particolari. Anche con questo evento, noi del team “Grawita” abbiamo dimostrato di poter reagire velocemente con osservazioni nell’ottico e nell’infrarosso non solo per quanto riguarda la ricerca di fenomeni transienti, ma anche nella loro caratterizzazione e studio nei giorni seguenti. Insomma, possiamo dire che siamo pronti per il secondo turno di osservazioni con gli interferometri LIGO e VIRGO».

Ecco, lei cita nel prossimo turno di osservazioni anche l’interferometro Virgo. Quanto sarà importante avere a disposizione un altro strumento operativo da affiancare a quelli della collaborazione LIGO?

«Anche noi astrofisici attendiamo con ansia l’entrata in funzione dell’interferometro Virgo perché, insieme alla coppia di LIGO, permetterà di determinare con maggior precisione la direzione di provenienza delle onde gravitazionali. Questo significa che anche dal punto di vista osservativo, per chi farà l’osservazione da terra con i telescopi ottici, ci sarà un’area più piccola da scandagliare. Questo non vuol dire avere meno lavoro, ma significa poter andare a magnitudini più deboli, e quindi osservare un volume maggiore di spazio e aumentare in qualche modo la possibilità di vedere le controparti elettromagnetiche».

Per saperne di più:

Guarda l’animazione di INAF-TV: