I ricercatori del dipartimento di Fisica collaborano alla ricerca di questi segnali

Le onde gravitazionali fanno il bis. Il nuovo evento spiegato dall’università di Pisa

Le minuscole increspature nel tessuto dello spaziotempo previste da Einstein sono state registrate per la seconda volta

[16 giugno 2016]

onde gravitazionali buchi neri

L’osservazione di un secondo evento di onde gravitazionali è stata annunciata mercoledì 15 giugno, nel corso di una conferenza stampa congiunta, dagli scienziati delle collaborazioni scientifiche LIGO e VIRGO, cui l’Italia partecipa con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Le minuscole increspature nel tessuto dello spaziotempo, previste dalla Relatività Generale di Albert Einstein cent’anni fa, sono state registrate per la seconda volta dagli interferometri gemelli Advanced LIGO, negli Stati Uniti (in Louisiana e nello Stato di Washington), alle ore 3:38:53 UTC del 26 dicembre 2015. Come nel caso della prima rivelazione, anche queste onde gravitazionali sono state prodotte dalla fusione di due buchi neri, processo che risale a 1,4 miliardi di anni fa. Lo studio è stato accettato per la pubblicazione dalla rivista scientifica internazionale “Physical Review Letters” che, l’11 febbraio scorso, aveva pubblicato l’articolo sulla scoperta delle onde gravitazionali. Dopo l’apertura di nuovi orizzonti scientifici con la prima storica osservazione delle onde gravitazionali, questa nuova misura ci conferma che siamo davvero entrati nel vivo dell’era dell’astronomia gravitazionale: stiamo cioè studiando il nostro universo in un modo completamente nuovo.

Le onde misurate in questa seconda osservazione si riferiscono alle ultime 55 orbite che i buchi neri, con masse pari a 14 e 8 masse solari, hanno percorso nello “spiraleggiare” vorticosamente l’uno attorno all’altro prima di fondersi e formare un unico buco nero più massiccio, con massa di 21 masse solari. L’energia liberata sotto forma di onde gravitazionali equivale quindi a circa una massa solare.

«Questo secondo evento – spiega Francesco Fidecaro, direttore del dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, ricercatore INFN e in passato a capo della collaborazione scientifica internazionale VIRGO – ha caratteristiche sensibilmente diverse dal primo. È, infatti, generato da buchi neri più leggeri di quelli del precedente segnale ed è stato possibile seguirne l’evoluzione per più tempo: questo ha consentito di caratterizzare bene il sistema, nonostante il segnale, di ampiezza minore, fosse maggiormente disturbato dal rumore di fondo. La caccia ai segnali generati da sistemi binari di buchi neri si è anche arricchita di un terzo evento, più debole degli altri due e quindi con una probabilità più elevata che possa essere una falsa rilevazione. Tuttavia, anche in questo caso, attribuendo a questo terzo evento un significato astrofisico, saremmo di fronte a un terzo sistema di buchi neri, che è collassato a formare il buco nero finale. Nella sostanza si sta intravedendo l’esistenza di un’intera popolazione di buchi neri, le cui caratteristiche saranno ben presto svelate nelle prossime fasi di presa dati degli interferometri avanzati».

Una rete di interferometri per l’astronomia gravitazionale

«Gli osservatori per onde gravitazionali rappresentano uno strumento unico per indagare il cosmo – spiega Massimiliano Razzano, responsabile a Pisa del progetto FIRB ‘New perspectives on the violent Universe: unveiling the physics of compact objects with joint observations of gravitational waves and electromagnetic radiationd‘ e da poco ricercatore a tempo determinato senior presso il dipartimento di Fisica – Questi flebili segnali portano con sé informazioni che non saremmo in grado di ottenere con telescopi tradizionali».

Il segnale delle onde gravitazionali è stato registrato dall’interferometro in Louisiana con 1,1 millisecondi di anticipo rispetto all’interferometro nello stato di Washington. Questa misura, seppur di grande precisione, non consente, però, di localizzare con esattezza la sorgente: per farlo è necessario almeno un terzo interferometro che consenta la triangolazione.

«Quando nell’autunno di quest’anno l’interferometro europeo VIRGO entrerà in funzione, a conclusione dei lavori che lo porteranno, come i due interferometri LIGO, alla configurazione avanzata (advanced), – dichiara ancora Francesco Fidecaro – allora sarà possibile restringere la porzione di cielo in cui ha avuto luogo il processo di fusione dei due buchi neri. Questo darà un contributo sostanziale alla nuova astronomia gravitazionale e all’astronomia multi-messaggero: potremo dare l’allerta ai telescopi e agli altri esperimenti, sia terrestri che spaziali, per la rivelazione di raggi gamma, raggi cosmici o neutrini. In questo modo si potranno orientare, praticamente in tempo reale, verso la sorgente di onde gravitazionali e rilevare altri eventuali messaggeri cosmici provenienti da essa».

VIRGO e la collaborazione nazionale

L’Italia ha svolto un ruolo di primo piano nel raggiungimento di questi fondamentali risultati e continuerà con il suo impegno a fornire contributi determinanti. L’INFN, assieme al Centre National della Recherche Scientifique, ha avviato il progetto per l’interferometro VIRGO, a Cascina (PI) presso lo European Gravitational Observatory EGO, che lo gestisce, dove la comunità dei fisici dell’INFN è oggi fortemente impegnata in queste ricerche.

VIRGO è un progetto nato dall’originale idea dell’italiano Adalberto Giazotto e del francese Alain Brillet. Vi collaborano 250 fisici e ingegneri, di cui la metà dell’INFN, provenienti da 19 istituti europei in Italia, Francia, Olanda, Ungheria e Polonia. L’INFN partecipa a VIRGO con le proprie Sezioni presso le Università di Pisa, Firenze con il gruppo di ricerca di Urbino, Perugia, Genova, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Napoli, Padova, e i Centri Nazionali Tifpa di Trento e Gran Sasso Science Institute dell’Aquila.

LIGO
Gli osservatori LIGO, finanziati dalla National Science Foundation, sono stati progettati e sono ora condotti da Caltech e MIT. Alla collaborazione scientifica LIGO partecipano la collaborazione GEO600, che fa capo all’omonimo osservatorio in Germania, e l’Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy, oltre a università e istituti di ricerca degli Stati Uniti e di altri 14 Paesi.

di Università di Pisa