LIGO e Virgo: quattro nuove fonti ed il primo catalogo delle onde gravitazionali misurate

Un nuovo capitolo per l'astronomia

La collaborazione tra LIGO e Virgo ha rilevato con sicurezza onde gravitazionali per un totale di 10 fusioni di buchi neri di massa stellare e di una fusione di stelle di neutroni. “Sei degli eventi di fusione di buchi neri sono stati segnalati precedentemente, mentre quattro sono stati recentemente individuati tramite l’approfondita analisi del complesso dei dati raccolti” spiega Viviana Fafone, responsabile nazionale dell’INFN per la collaborazione Virgo.

Diagramma delle fusioni di buchi neri rilevate da Virgo e LIGO

Sabato 1 dicembre scorso, gli scienziati del Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop a College Park, Maryland, hanno presentato i nuovi risultati di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) della National Science Foundation e del rilevatore di onde gravitazionali europeo VIRGO, entrambi in cerca di oggetti cosmici coalescenti, come coppie di buchi neri e coppie di stelle di neutroni.

Lavoro di squadra

La collaborazione LIGO e Virgo ha ora rilevato con sicurezza le onde gravitazionali di un totale di 10 fusioni di buchi neri di massa stellare e di una fusione di stelle di neutroni. “Sei degli eventi di fusione di buchi neri sono stati segnalati precedentemente, mentre quattro sono stati recentemente individuati tramite l’approfondita analisi del complesso dei dati raccolti” spiega Viviana Fafone, responsabile nazionale dell’INFN per la collaborazione Virgo.

Dal 12 settembre 2015 al 19 gennaio 2016, durante il primo run di osservazione (il primo di LIGO da quando sono stati effettuati degli aggiornamenti in un programma chiamato Advanced LIGO), sono state rilevate onde gravitazionali da tre fusioni di buchi neri binari. Il secondo run osservativo, che è durato dal 30 novembre 2016 al 25 agosto 2017, ha rilevato una fusione di stelle di neutroni binarie e sette ulteriori fusioni di buchi neri binari (inclusi i quattro nuovi eventi di onde gravitazionali individuati ora). I nuovi eventi sono noti come GW170729, GW170809, GW170818 e GW170823, in riferimento alle date in cui sono stati rilevati.

Il catalogo

Tutti gli eventi sono inclusi in un nuovo catalogo, anch’esso uscito sabato, integrato con alcune delle ultime rilevazioni. “Il catalogo LIGO/Virgo è una bellissima ricompensa per l’enorme sforzo scientifico e tecnologico delle collaborazioni, e una grande soddisfazione per tutti coloro che per oltre trent’anni hanno creduto e investito lavoro e risorse in questo progetto, in particolare un pensiero va ad Adalberto Giazotto, uno dei padri, assieme ad Alain Brillet, del nostro interferometro Virgo”, commenta Fernando Ferroni, presidente dell’INFN.

Eventi rilevanti

Notevole è stato l’evento GW170729, registrato nella seconda sessione di osservazione del 29 luglio 2017, e che è risultata la più grande e distante sorgente di onde gravitazionali mai osservata. In questa coalescenza, avvenuta circa 5 miliardi di anni fa, un’energia equivalente a quasi cinque masse solari è stata convertita in radiazione gravitazionale.

GW170814 è stata la prima fusione binaria di buchi neri misurata dalla rete a tre rivelatori (ai due rilevatori Advanced LIGO si è unito l’interferometro Advanced Virgo dal 1° agosto 2017), questo ha consentito di eseguire i primi test di polarizzazione delle onde gravitazionali (analoga alla polarizzazione della luce).

L’evento GW170817, rilevato tre giorni dopo GW170814, rappresentava la prima osservazione di onde gravitazionali provenienti dalla fusione di un sistema binario di stelle di neutroni. Inoltre, questa collisione è stata osservata sia in onde gravitazionali che in radiazione elettromagnetica, dando così inizio all’era dell’astronomia multimessaggera, in cui gli oggetti cosmici sono osservati simultaneamente in diverse forme di radiazione.

Uno dei nuovi eventi, GW170818, che è stato rilevato dalla rete globale formata dagli osservatori LIGO e Virgo, è stato individuato con precisione nella volta celeste. La posizione dei buchi neri binari, situati a 2,5 miliardi di anni luce dalla Terra, è stata identificata con una precisione di 39 gradi quadrati. Ciò lo rende la migliore localizzazione di una sorgente di onde gravitazionali, dopo la fusione di stelle di neutroni GW170817.

I risultati

Albert Lazzarini di Caltech, vicedirettore del Laboratorio LIGO, afferma: “Il rilevamento di quattro ulteriori fusioni binarie di buchi neri ci dà una migliore informazione sulle caratteristiche delle popolazioni di questi sistemi binari nell’universo e precisa meglio il tasso di ripetizione per questo tipo di eventi. ”

“In un solo anno, LIGO e VIRGO hanno sconvolto insieme la scienza delle onde gravitazionali, e il tasso di scoperte suggerisce che i risultati più spettacolari devono ancora arrivare”, afferma Denise Caldwell, Direttore della divisione di fisica della NSF. “I risultati della LIGO di NSF e dei suoi partner internazionali sono motivo di orgoglio per l’agenzia, e ci aspettiamo ancora maggiori progressi dato che la sensibilità di LIGO migliorerà sempre più nel prossimo anno.”

“Il prossimo run di osservazione, a partire dalla primavera 2019, dovrebbe produrre molti più candidati per le onde gravitazionali, e la conoscenza che la comunità può raggiungere crescerà di conseguenza”, dice David Shoemaker, portavoce della LIGO Scientific Collaboration e ricercatore senior nel KITLI Institute del MIT. per astrofisica e ricerca spaziale. “È un tempo incredibilmente eccitante.”

La nuova frontiera: astronomia multimessaggera

“Per il prossimo run, – sottolinea Alessio Rocchi, ricercatore dell’INFN coordinatore del commissioning di Virgo – ci auguriamo di riuscire a rivelare onde gravitazionali da sorgenti ancora mai osservate, come pulsar, sistemi binari composti da un buco nero e una stella di neutroni, o addirittura supernovae, perché questo consentirebbe di aggiungere un nuovo messaggero: oltre alle onde gravitazionali ed elettromagnetiche, anche i neutrini, una prospettiva emozionante per la nuova astronomia multimessaggera”.

“È gratificante vedere le nuove funzionalità che diventano disponibili attraverso l’aggiunta di Advanced Virgo alla rete globale”, afferma Jo van den Brand di Nikhef (l’Istituto nazionale olandese per la fisica subatomica) e della VU University Amsterdam, che è il portavoce di la collaborazione Virgo. “La nostra precisione di puntamento migliorata consentirà agli astronomi di trovare rapidamente qualsiasi altro messaggero cosmico emesso dalle sorgenti di onde gravitazionali”. La capacità di puntamento avanzata della rete LIGO-Virgo è resa possibile sfruttando i ritardi di tempo dell’arrivo del segnale nei diversi siti e i cosiddetti pattern di antenna degli interferometri.

“Il nuovo catalogo è un’altra prova dell’esemplare collaborazione internazionale della comunità di studio delle onde gravitazionali ed una risorsa per i prossimi runs e gli aggiornamenti” aggiunge il direttore EGO (European Gravitational Observatory), Stavros Katsanevas.

La pubblicazione dei risultati

I documenti scientifici che descrivono questi nuovi risultati, che sono stati inizialmente pubblicati sul repository arXiv di preprints elettronici, presentano informazioni dettagliate sotto forma di un catalogo di tutte le rilevazioni di onde gravitazionali e degli eventi candidati delle due sequenze osservative; e descrivono le caratteristiche della fusione nella popolazione dei buchi neri. In particolare, scopriamo che quasi tutti i buchi neri formati dalle stelle sono più leggeri di 45 volte la massa solare. Grazie all’elaborazione dei dati più avanzata e alla migliore calibrazione degli strumenti, l’accuratezza dei parametri astrofisici degli eventi precedentemente annunciati è aumentata considerevolmente.

Laura Cadonati, vice portavoce per la collaborazione scientifica LIGO, afferma: “Queste nuove scoperte sono state rese possibili solo attraverso il lavoro instancabile e attentamente coordinato dei responsabili dei rivelatori di tutti e tre gli osservatori e degli scienziati di tutto il mondo, responsabili della qualità dei dati e della loro pulizia, della ricerca dei segnali sepolti e della stima dei parametri per ciascun candidato – ognuno di loro esplica una specialità scientifica che richiede enormi competenze ed esperienze “.

 

 

Articoli di riferimento QUI e QUI

 

Ringrazio per la preziosa collaborazione corrado973.

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2 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. @Red Hanuman ho notato che le rilevazione di questi quattro eventi sono vicinissime nel tempo (terrestre). La domanda: Dobbiamo considerare questi eventi molto frequenti e la rilevazione di questi quattro è dovuta al fatto che le osservazioni sono state effettuate in questo periodo o è solo un caso? Riporto le date: 29/72017: 14/8/2017; 17/8/2017; 18/8/2017.

  2. @Gaetano M., i risultati del secondo run sono dovuti al fatto che Advanced VIRGO si è unito ad Advanced LIGO nella ricerca dal 01/08 al 25/08.
    Evidentemente, due strumenti (oltretutto implementati) funzionano decisamente meglio di uno solo, e riescono a rilevare un maggior numero di eventi (tra l'altro, su scale diverse tra loro).
    Immagino che le fusioni di BN e quelle di stelle di neutroni siano correlate tra loro in maniera esponenziale: più piccole le masse coinvolte, maggiore il numero di eventi.

    Mi chiedo che accadrà quando anche Kagra (dal 2020), il terzo Advanced LIGO (in costruzione in India), e LISA (dal 2034) si uniranno a loro nella ricerca...

    Si sta realmente aprendo un capitolo nuovo nell'astrofisica!