Universo, svelato un paesaggio grazie a nuove onde gravitazionali e terremoti

Svelato un potente paesaggio nell'Universo grazie alla scoperta di nuove onde gravitazionali. Il paesaggio è composto da veri e propri terremoti cosmici generati dalla fusione di due buchi neri o stelle di neutroni o da coppie buco nero-stella di neutroni. La doppia scoperta è stata realizzata dai team di scienziati degli osservatori di onde gravitazionali Virgo e Ligo che hanno rilevato 35 nuovi eventi nel più recente periodo di osservazioni e che portano a 90 le onde gravitazionali rilevate finora. I dati, pubblicati oggi nel cosiddetto terzo Catalog Paper, "illuminano le caratteristiche di nuove popolazioni di buchi neri, le cui masse, insieme a quelle delle stelle di neutroni osservate, f orniscono nuovi indizi sulla vita e la morte delle stelle, ampliando ulteriormente gli orizzonti dell'astronomia gravitazionale".

La scoperta
I team di scienziati delle collaborazioni Virgo e Ligo compiono così un nuovo passo avanti nel campo delle onde gravitazionali, le increspature nel tessuto spaziotempo teorizzate da Albert Einstein ma rilevate per la prima volta solo il 14 settembre del 2015. L'annuncio della scoperta delle onde gravitazionali è arrivato nel febbraio 2016 ed ha avuto una eco mondiale. Kip Thorne, Barry Barish e Rainer Weiss hanno conquistato il Nobel per la Fisica 2017 "per i decisivi contributi al rivelatore Ligo e all'osservazione delle onde gravitazionali" definite da alcuni scienziati come "nuovi paia di occhiali" puntati sull'Universo. Da allora ad oggi i dati di questi 35 nuovi eventi di onde gravitazionali sono stati osservati tra novembre 2019 e marzo 2020, durante la seconda parte del terzo e più recente periodo di osservazione di Ligo e Virgo (O3b) e portano a 90 il numero totale di segnali gravitazionali rilevati finora dalla rete globale dei tre interferometri.

Gli scienziati spiegano che la maggior parte dei nuovi segnali ha origine dal vorticoso avvicinamento di due buchi neri fino alla loro fusione: "Veri e propri terremoti cosmici che scuotono il tessuto dello spazio-tempo, generando una potente emissione di onde gravitazionali". Altri due eventi, di cui uno già annunciato lo scorso giugno, sono stati invece "identificati come fusioni tra una stella di neutroni e un buco nero, una fonte osservata per la prima volta in quest'ultimo periodo di osservazioni di Ligo e Virgo. Un ulteriore evento, rivelato nel febbraio 2020, secondo gli scienziati "potrebbe provenire da una coppia di buchi neri o da una coppia mista di un buco nero con una stella di neutroni". In effetti, sottolineano i ricercatori "la massa dell'oggetto più leggero cade in un intervallo, il cosiddetto mass gap, dove prima delle rivelazioni gravitazionali non ci si aspettava che si formassero né stelle di neutroni né buchi neri e rimane quindi un enigma per gli scienziati".

Questi nuovi risultati sono stati pubblicati oggi dalle collaborazioni scientifiche di Virgo, Ligo e Kagra nel terzo catalogo delle sorgenti transitorie di onde gravitazionali (Gwtc-3), sull’archivio online ArXiv. Il catalogo è accompagnato da altre due pubblicazioni incentrate sulle conseguenze cosmologiche e astrofisiche dei dati. "Ricordo ancora vividamente l'entusiasmo di tutti noi scienziati mentre ascoltavamo l'annuncio pubblico della prima scoperta delle onde gravitazionali all'inizio del 2016. Ora, meno di sei anni dopo, le scoperte riportate nel catalogo Gwtc-3 aggiungono nuove preziose informazioni al nuovo, crescente campo dell'astronomia delle onde gravitazionali e forniscono una nuova prospettiva su molti aspetti dell'Universo, come, ad esempio, le popolazioni binarie di buchi neri o stelle di neutroni" afferma Edoardo Milotti, membro della collaborazione Virgo dell'Università di Trieste e dell'Infn.

I progressi realizzati in pochi anni nel campo delle onde gravitazionali "sono sorprendenti, passando dalla prima rilevazione all'osservazione di alcuni eventi al mese" e "questo è stato possibile grazie al programma di continui aggiornamenti tecnologici che hanno trasformato i primi pionieristici strumenti in rivelatori sempre più sensibili" sottolineano gli scienziati. Gli osservatori Ligo e Virgo sono infatti "attualmente sottoposti a un ulteriore aggiornamento e inizieranno il prossimo quarto periodo di osservazione nella seconda metà del 2022 con una sensibilità ancora maggiore, corrispondente a un volume dell'universo quasi 10 volte più grande" e quindi una probabilità molto maggiore di captare segnali gravitazionali. Sebastian Steinlechner, assistente professore all'Università di Maastricht e Nikhef, spiega che "tra gli altri aggiornamenti a Virgo, abbiamo realizzato un'ulteriore cavità ottica – la cosiddetta cavità di riciclo del segnale – che permette di migliorare la banda di sensibilità del rivelatore alle alte frequenze.

Questo corrisponde a una maggiore capacità del rivelatore di 'ascoltare' le fasi finali delle coppie coalescenti, quando due buchi neri o stelle si fondono in uno". Intanto il rivelatore Kagra in Giappone è in fase di collaudo e prevede di partecipare al prossimo periodo di osservazione. L'espansione della rete di rivelatori in grado di prendere dati congiuntamente aumenterà ulteriormente la precisione della localizzazione delle sorgenti, una caratteristica chiave per i futuri sviluppi dell'Astronomia Multimessaggera. Ed è un esercito composto da migliaia di scienziati attivi in molti Paesi del mondo quello che sta scrutando e studiando le onde gravitazionali nell'ambito degli osservatori di onde gravitazionali Virgo, Ligo e Kagra. Alla collaborazione Virgo lavorano 700 membri di 129 istituzioni, a Ligo circa 1.300 scienziati, a Kagra oltre 470 membri di 115 istituti in 14 Paesi. (di Andreana d'Aquino)