Onde gravitazionali, Ligo e Virgo localizzano anche la quarta onda

SCOPERTE – Una quarta onda gravitazionale è stata osservata dalla collaborazione Ligo-Virgo. Qualcosa però è cambiato da quando l’11 febbraio 2016 la loro scoperta venne annunciata a 100 anni dalla loro teorizzazione. Stavolta infatti ad ascoltare quel “chimp”, letteralmente cinguettio, non c’erano solo i due interferometri del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO, situati a Livingston in Louisiana e ad Hanford nello stato di Washington.

Dal 1° agosto 2017 a dare manforte ai due rivelatori c’era anche Advanced Virgo, l’interferometro situato a Cascina vicino Pisa, dove l’Istituto nazionale di fisica nucleare, INFN, svolge un ruolo primario nella collaborazione. La quarta onda per i ricercatori ha quindi un sapore del tutto diverso: non solo è stata osservata, ma grazie al triangolo formato dai 3 interferometri separati dall’oceano è stato possibile per la prima volta localizzarne con precisione sia la sorgente che la sua polarizzazione.

A produrre il segnale lo scorso 14 agosto, anche questa volta, è stata la fusione di due buchi neri supermassivi, rispettivamente di circa 31 e 25 masse solari, e distanti 1,8 miliardi di anni luce. Nel momento finale dell’evento si sono così formate le increspature dello spazio-tempo previste dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein, che trova così l’ennesima conferma. Dalla fusione dei due oggetti è nato così un nuovo buco nero di “appena” 53 masse solari, mentre le restanti 3 masse solari sono state convertite in energia proprio sotto forma di onde gravitazionali.

L’utilizzo in combinazione dei tre interferometri come un’unica rete globale ha così permesso una localizzazione 10 volte più precisa rispetto a quella realizzabile con i soli LIGO e anche di determinare con maggiore accuratezza la distanza della sorgente. Un dato che ha permesso agli scienziati di allertare gli altri telescopi e rivelatori e osservare  lo stesso evento, chiamato GW170814, da più punti di vista.

Ad esempio la teoria prevede che nel caso di fusione di oggetti compatti, come le stelle di neutroni, oltre a generare onde gravitazionali siano generate anche emissioni elettromagnetiche a banda larga, ponendo così le basi per quella che è stata definita come astronomia multimessaggero. Nel caso della fusione di buchi neri, invece, si ritiene che queste emissioni elettromagnetiche non si verifichino. Osservando l’evento rivelato da LIGO-VIRGO con altri 25 strumenti, i ricercatori sono stati in grado di confermare che per i buchi neri non vengono emesse controparti magnetiche.

Oltre alla localizzazione, è possibile studiare in dettaglio anche la polarizzazione delle onde gravitazionali, dato che la posizione di VIRGO ha una diversa collocazione e orientazione della Terra rispetto ai suoi “colleghi” americani. Secondo la teoria di Einstein, lo spazio-tempo viene distorto nelle tre diverse direzioni spaziali quando un’onda gravitazionale si propaga. I test eseguiti sul singolo evento sono una prima prova che il modello di propagazione della relatività generale è decisamente il favorito per questi fenomeni, ma nuove misurazioni permetteranno di avere maggiori conferme. Jo van den Brand, di Nikhef e VU University Amsterdam è il coordinatore della collaborazione di VIRGO, e ha commentato:

“È stato meraviglioso vedere un primo segnale di onde gravitazionali nel nostro nuovo rivelatore, dopo solo due settimane dall’inizio della presa dati. Questa è una grande ricompensa dopo tutto il lavoro svolto negli ultimi sei anni per la realizzazione del progetto Advanced VIRGO, che ha consentito di potenziare il nostro rivelatore”.

In appena due anni di presa dati, dopo tanti decenni passati a dare la caccia a questi eventi, ci ritroviamo così già alla quarta onda gravitazionale in attesa del RUN 3, cioè l’inizio della prossima raccolta dati che è prevista nell’autunno 2018, come spiega David Shoemaker del MIT:

“Questo è solo l’inizio delle osservazioni con la rete globale di interferometri realizzata grazie al lavoro congiunto di VIRGO e LIGO. Con il prossimo ciclo di attività osservative, previsto per l’autunno del 2018, possiamo aspettarci rivelazioni di questo tipo ogni settimana o addirittura più spesso”.

La scelta di annunciare la scoperta durante il G7 che si è tenuto il 27 settembre a Torino, d’altronde, non è stata causale, dato che la quarta osservazione frutto dell’importante collaborazione internazionale vede l’Italia e i suoi ricercatori svolgere un ruolo chiave, come sottolinea il presidente dell’INFN Fernando Ferroni:

“La prima rivelazione di un’onda gravitazionale da parte di tutti e tre gli interferometri rappresenta lo straordinario successo di un esempio virtuoso di collaborazione su scala globale. E la capacità di identificare nel cielo la sorgente marca la nascita della cosiddetta astronomia multimessaggero. Come INFN, siamo orgogliosi di VIRGO, lo strumento che si trova in Italia, e che con il suo determinante contributo rende possibile questa nuova, grande avventura scientifica”.

I risultati di questa osservazione sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters e su arXiv e rappresentano l’entrata in un campo di ricerca del tutto nuovo e inesplorato, quello dell’astronomia gravitazionale, come spiega Antonio Masiero, vicepresidente dell’INFN e presidente di ApPEC, il consorzio che coordina la ricerca europea in fisica delle astroparticelle:

“Oggi è stato raggiunto uno splendido obiettivo: il passaggio dalla fase di scoperta delle onde gravitazionali a quella dell’astronomia gravitazionale, che si inserisce a pieno diritto nell’astronomia dei vari messaggeri cosmici. Ciò è stato reso possibile grazie al cruciale ‘aggancio’ di VIRGO ai due interferometri americani LIGO con la conseguente creazione di un primo esempio di grande infrastruttura di ricerca globale”.

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