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Un'onda condivisa per LIGO e VIRGO

VIRGO ripreso dall'alto.  Credit: The Virgo collaboration/CCO 1.0

VIRGO ripreso dall'alto.  Credit: The Virgo collaboration/CCO 1.0

Era agosto quando le onde di un'altra fusione di buchi neri è stata captata gravitazionalmente dagli interferometri terrestri, ma la novità - stavolta - consiste nel fatto che stavolta l'onda è stata captata non da due rilevatori ma da tre: i due di LIGO e il neo-acceso VIRGO.

Non si tratta di una novità banale visto che la possibilità di triangolare il segnale fornisce la possibilità di individuare con migliorata precisione la zona di cielo originaria dell'onda. 

L'onda è stata captata il 14 agosto alle ore 10.30.43 a.m. UTC dai due interferometri LIGO, a Livingstone e Hanford, e dal nuovo VIRGO nei pressi di Pisa, in Italia.  La notizia dell'onda, chiamata GW170814, è stata accettata per la pubblicazione su Physical Review Letters

A produrre il segnale è stata ancora una volta la fusione di due buchi neri le cui masse sono state stimate in 31 masse solari e 25 masse solari rispettivamente. L'evento si è verificato a 1.8 miliardi di anni luce da noi dando vita a un buco nero rotante di 53 masse solari, con una differenza quindi di 3 masse solari "disperse" con l'onda. 

L'area nel cielo di provenienza, come si diceva, è molto più ristretta: si è giunti a isolare una zona di cielo di "soli" 60 gradi quadrati, dieci volte più piccola dell'area delle precedenti segnalazioni. 

Dopo la rilevazione dell'onda gravitazionale con controparte ottica, quel che manca è un'onda gravitazionale collegata alla fusione di buchi neri supermassicci anziché stellari e, secondo uno studio di Novembre 2017 (13 novembre, Nature Astronomy) occorrerà attendere non più di dieci anni. Una rilevazione del genere fornirebbe una infinità di informazioni riguardanti le modalità della fusione tra galassie e l'evoluzione dei buchi neri. Paradossalmente, le onde sprigionate da un evento simile sono molto forti ma non rientrano nel range di frequenze alla portata degli attuali rilevatori LIGO e Virgo. Un modo per osservare indirettamente queste onde consiste nell'osservazione delle pulsar, visto che il passaggio di un'onda determinerebbe una variazione nel ritmo di pulsazione delle stesse. Attualmente ci sono tre progetti che studiano le pulsazioni di questi oggetti, il Parkes Pulsar Timing Array in Australia, il North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves e l'European Pulsar Timing Array. Insieme, questi tre progetti formano l'International Pulsar Timing Array. Da questo, e dalla mappa delle pulsar, risulta che la probabilità di captare un segnale simile nel giro di 10 anni tende al 100%. Le galassie che più di tutte sembrano favorite sono quelle piccole, visto che le galassie più grandi hanno buchi neri più grandi che si fondono più velocemente riducendo la finestra temporale di osservazione. Una fusione nella galassia M87 comporterebbe onde captabili per 4 milioni di anni mentre galassie più piccole porterebbero a una finestra di 160 milioni di anni, se si prende come esempio la Sombrero Galaxy.  

Sombrero Galaxy. Credit NASA/Hubble Heritage Team

Sombrero Galaxy. Credit NASA/Hubble Heritage Team

Rappresentazione di onde gravitazionaliA fronte dei sei segnali scoperti fino ad Aprile 2018, i modelli dicono che ogni pochi minuti una coppia di buchi neri vada incontro a una fusione e che esistono 100 mila eventi di onda gravitazionale ogni anno, eventi troppo deboli per gli attuali Virgo e LIGO. Le onde gravitazionali di questi eventi si combinano dando vita a un fondo di onda gravitazionale e questo potrebbe favorire la cattura del segnale cumulato, anche se i singoli segnali sono e restano troppo deboli. Spingendo il modello al limite, un giorno potrebbe essere anche possibile catturare il fondo derivante dalle onde gravitazionali primordiali, nascoste dietro le onde provocate oggi da buchi neri e stelle di neutroni.
Sono state così portate avanti simulazioni di segnali deboli fino a giungere alla convinzione riguardo la presenza nei dati, debolissima ma non ambigua, di fusioni di buchi neri (simulati). Ora il modello è da applicare ai dati reali, con l'aspettativa di giungere a qualcosa mille volte più sensibile di quanto non sia oggi a disposizione della tecnoogia. Il supercomputer OzSTAR sarà utilizzato per osservare le onde gravitazionali nei dati di LIGO.


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