DAL CATALOGO PRIMAVERA-ESTATE 2019 DEL TERZO RUN DI LIGO-VIRGO

Onde gravitazionali, ben 39 nuovi eventi in sei mesi

Il periodo coperto è quello che va dal primo aprile al primo ottobre 2019, ovvero i primi sei mesi del terzo run. E i risultati ottenuti mostrano un notevole miglioramento dei tre interferometri della collaborazione Ligo-Virgo rispetto ai run precedenti, frutto delle importanti innovazioni tecnologiche implementate negli ultimi anni

     29/10/2020
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Conteggio cumulativo degli eventi di onde gravitazionali rilevati da Ligo-Virgo, suddivisi in base al run osservativo. O1 ha rilevato 3 segnali, O2 ha rilevato 8 segnali e la sola prima metà di O3 ha rilevato ben 39 segnali. Crediti: Ligo-Virgo Collaboration

Trentanove segnali riferibili a nuove collisioni fra buchi neri o stelle di neutroni. Questo il risultato dei primi sei mesi – su undici complessivi – d’esercizio del cosiddetto “terzo run” (O3) degli interferometri per onde gravitazionali della collaborazione Ligo-Virgo.

Un bilancio di tutto rispetto, quello presentato oggi agli “azionisti” – ovvero noi, cittadini del mondo. Di tutto rispetto per almeno due motivi. Anzitutto, l’eccezionale incremento delle sorgenti rilevate, più che triplicate (nei due run precedenti, O1 e O2, furono in tutto 11), segno che i pesanti investimenti in innovazioni tecnologiche compiuti negli ultimi anni stanno dando risultati. Ma colpisce anche un altro parametro, il cosiddetto duty cycle – vale a dire, la percentuale di tempo in cui i rivelatori erano attivi: 71 per cento l’interferometro di Ligo a Hanford e ben il 76 per cento gli altri due, ovvero quello di Ligo a Livingston e quello di Virgo a Cascina, in Italia, nella campagna pisana. Considerando la complessità pazzesca di questi dispositivi, si tratta di una prestazione più che lusinghiera, che ha permesso di avere tutt’e tre i rivelatori all’opera contemporaneamente per ben il 44.5 per cento del tempo – aspetto cruciale, questo, per ridurre drasticamente le possibilità d’errore e per demarcare con precisione la regione di provenienza dei segnali.

Le 39 collisioni registrate sono così suddivise: 36 sono fusioni di buchi neri, due hanno l’aspetto di fusioni “miste” – un buco nero e una stella di neutroni – mentre l’ultima sembra essere una fusione di un sistema binario di stelle di neutroni. Tutte raccolte in un catalogo, reso pubblico oggi, che fornisce per la prima volta un quadro completo del numero straordinariamente elevato di segnali di onde gravitazionali registrate e delle loro sorgenti. Una ricchezza di osservazioni e dati sulla fisica dei buchi neri a malapena immaginabile fino a pochi anni fa.

L’animazione mostra le posizioni in cielo dei rilevamenti di Ligo-Virgo inclusi nel catalogo O3a. Ogni localizzazione – rappresentata da zone ombreggiate sulla mappa – è dedotta sulla base delle informazioni fornite dai tre rilevatori in rete. Più piccola è l’area ombreggiata nella mappa del cielo, migliore è la precisione nella localizzazione del segnale. La localizzazione è cruciale per consentire ricerche di follow-up con diversi messaggeri, come la luce o i neutrini. Crediti: Ligo-Virgo Collaboration

«Le osservazioni con Advanced Virgo e Ligo hanno superato le aspettative. Oltre ad aprire una nuova ed eccitante fase nella storia dell’osservazione umana del cosmo, stiamo assistendo a eventi che fino a oggi mancavano di prove osservative, o che vanno oltre la nostra attuale comprensione dell’evoluzione stellare», dice Ed Porter, ricercatore del Cnrs francese e membro della Virgo Collaboration. «A soli cinque anni dalla prima rilevazione di onde gravitazionali, possiamo dire che l’astronomia gravitazionale è una realtà concreta».

Se l’astronomia gravitazionale fa indubbiamente un grande passo avanti, rimane invece inchiodata alla prima casella l’astronomia multimessaggera: per nessuno dei nuovi segnali – compresi quelli che hanno visto probabilmente coinvolte stelle di neutroni – è stato infatti possibile rilevare una controparte elettromagnetica con i telescopi.

Ma gli astronomi hanno comunque motivo d’essere soddisfatti per i risultati. Grazie all’abbondanza di questi nuovi segnali, è possibile infatti iniziare a fare un po’ di statistica. Emerge, per esempio, che la distribuzione delle masse dei buchi neri non segue una semplice legge di potenza. Misurare le deviazioni da questa legge aiuterà a ricostruire i processi di formazione dei buchi neri, siano essi l’esito finale della vita d’una stella o il risultato di collisioni fra buchi neri più piccoli. Inoltre, considerando l’intera popolazione insieme si possono mettere alla prova ipotesi su proprietà dei buchi neri assai difficili da misurare, quali per esempio lo spin, che per alcuni dei buchi neri presenti nel catalogo sembrerebbe essere disallineato rispetto al momento angolare orbitale.

Da settembre 2015, Ligo-Virgo ha rilevato 50 onde gravitazionali, di cui 39 nuove solo dalla prima metà di O3. Il grafico qui sopra (cliccare per ingrandire) mostra le masse degli eventi di fusione di stelle di neutroni e buchi neri di Ligo-Virgo (in blu) rispetto ai buchi neri precedentemente noti (in viola). Le fusioni sono indicate da frecce che collegano i due oggetti progenitori con l’oggetto finale, ovviamente di massa maggiore. Crediti: Ligo-Virgo / Northwestern U / Frank Elavsky e Aaron Geller

«Dopo le scoperte sensazionali, come in tutte le discipline scientifiche, presentare i risultati in un catalogo omogeneo è un passo altrettanto entusiasmante perché permette di scoprire e capire il quadro scientifico generale», spiega a Media Inaf il direttore dell’Osservatorio astronomico dell’Inaf d’Abruzzo Enzo Brocato, principal investigator del team Grawita, che conta fra i suoi membri sei degli autori dell’articolo di Ligo-Virgo sulle osservazioni del terzo run, fra i quali Marica Branchesi del Gran Sasso Science Institute, presidente del Consiglio scientifico dell’Istituto nazionale di astrofisica. «Ad esempio, la sequenza delle masse degli oggetti compatti (stelle di neutroni e buchi neri) stimate da Ligo-Virgo sta definendo sempre meglio lo scenario che consentirà di definire in modo più approfondito come si generano ed evolvono le stelle di neutroni e i buchi neri. Grawita si aspetta molto dalla maggiore sensibilità del prossimo run di Ligo-Virgo. Obiettivo: osservare e studiare la luce prodotta da sorgenti di onde gravitazionali emesse da sistemi di stelle di neutroni binari e, naturalmente, quella dovuta agli eventi mixed – quelli di coalescenza fra una stella di neutroni e un buco nero – che fino a oggi sono sfuggiti alla caccia dei telescopi elettromagnetici».

Tornando al terzo run: un miglioramento netto rispetto ai due precedenti, dicevamo, ottenuto grazie a importanti upgrade tecnologici. Fra le innovazioni principali spiccano: la maggior potenza dei laser, le modifiche agli specchi e l’impiego di “spremitori di luce” quantistici.

«Dal termine del secondo run – il ciclo di osservazione O2, nell’agosto 2017 – sono stati fatti parecchi sforzi per aggiornare molti componenti tecnici e diversi settori del rivelatore, con l’obiettivo di aumentare la sensibilità di Virgo su tutta la gamma di frequenze. Ora abbiamo raccolto i frutti del nostro lavoro: siamo riusciti a raddoppiare la sensibilità del rilevatore!», conclude con comprensibile entusiasmo Ilaria Nardecchia, ricercatrice all’Università di Roma Tor Vergata e membro della Virgo Collaboration.

Per saperne di più:

Guarda l’animazione di 38 fusioni sul canale della SXS Collaboration: