Sapere Scienza

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Virgo e LIGO di nuovo in azione, alla ricerca di onde gravitazionali

5 Aprile 2019

Dopo una pausa di più di un anno Virgo e LIGO, gli interferometri laser che hanno osservato le onde gravitazionali, per la prima volta in maniera diretta, hanno ripreso a funzionare. Il periodo di inattività è servito a migliorare le prestazioni di questi strumenti per poter raggiungere nuovi ambiziosi traguardi in quella che è definita astronomia multimessaggera. Cos'è un'onda gravitazionale? Cosa c'è da aspettarsi in questa nuova fase di osservazione?

 

Cos'è un'onda gravitazionale?

 

Cosa sono le onde gravitazionali e perché è così importante riuscire a rilevarle? Il primo a intuirne l'esistenza fu Albert Einstein. Nella sua teoria generale della relatività, nel 1916, lo scienziato mostrò che oggetti di grande massa in accelerazione sarebbero stati in grado di perturbare lo spazio-tempo in modo da originare delle onde. Una analogia vicina alla nostra vita quotidiana, che ci permette di capire questo concetto, è il lancio di un sasso in un lago: le onde generate dal ciottolo sono come quelle che si propagano nello spazio, generate da un evento catastrofico quale la collisione di buchi neri, l'esplosione di una stella (una supernova), la fusione di stelle di neutroni o di nane bianche. Cosa hanno di speciale queste increspature? Viaggiando alla velocità della luce attraverso l'Universo, sono portatrici di informazioni preziose per gli astronomi riguardanti la loro origine ma anche la natura della stessa gravità.

 

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Gli interferometri laser Virgo e LIGO

 

Come è possibile misurare le onde gravitazionali? Quando queste onde passano dalla Terra, schiacciano e tirano lo spazio. Queste deformazioni sono misurabili attraverso strumentazioni molto sensibili che impiegano laser e specchi: gli interferometri laser.

 

 

Virgo e LIGO sono proprio due interferometri laser. Virgo si trova presso l'EGO -European Gravitational Observatory, a Cascina, in provincia di Pisa, mentre LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) è negli Stati Uniti. Quest'ultimo esperimento gestisce due osservatori, uno a Livingston (Louisiana), l'altro a Hanford (Stato di Washington). Le tre antenne, inattive da fine agosto 2017, hanno ripreso a funzionare il primo aprile 2019. Cosa ci si aspetta da questo nuovo periodo di raccolta dati?

 

Nuovi passi avanti nell'astronomia multimessaggera

 

I miglioramenti apportati alla strumentazione sono tanti e gli scienziati prevedono di poter effettuare misure migliori rispetto a quelle passate. Prima di tutto è stata incrementata la sensibilità. Alessio Rocchi, ricercatore dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e coordinatore dell'avviamento di Virgo, ha dichiarato: "Rispetto al secondo periodo di osservazione O2, la sensibilità di Virgo è migliorata di circa un fattore 2, ciò significa che il volume di Universo osservabile è aumentato di un fattore 8". L'ottimizzazione della qualità dei dati raccolti aiuterà gli studiosi nella discriminazione del segnale rispetto al rumore, obiettivo che sarà raggiunto anche grazie agli ulteriori sforzi da parte di tutti i collaboratori, da coloro i quali si occupano della strumentazione ai data analyst.
Un'altra novità è l'invio di messaggi di allerta da parte del software per informare, in tempi brevi, fisici e astronomi nel momento in cui un potenziale evento di onda gravitazionale viene registrato dagli interferometri. Ne ha parlato Sarah Antier, postdoc presso la Université Paris Diderot che lavora nell'esperimento Virgo: "Il nuovo software che abbiamo costruito è in grado di inviare Open Public Alerts in cinque minuti. Questo ci permetterà un esame più approfondito del segnale dell'onda gravitazionale con ricerche di emissioni di neutrini ed elettromagnetiche che potrebbero portare a scoperte multimessaggere. Osservazioni di tanti segnali come ci aspettiamo durante O3 [il terzo periodo di osservazione] ci darà un censimento della popolazione delle tracce di massa stellare e una migliore comprensione dell'Universo violento".
Ci si aspetta di rilevare segnali provenienti da nuove sorgenti quali la fusione di oggetti binari misti, composti da un buco nero e una stella di neutroni, o le increspature prodotte, per esempio, da stelle di neutroni rotanti che non sono simmetriche rispetto ai loro assi. Invece i segnali di fusione di buchi neri dovrebbero essere più comuni, con una frequenza di rivelazione di uno a settimana, così come l'osservazione di numerose fusioni di stelle di neutroni binarie.
Con la riaccensione di Virgo e LIGO, l'astronomia multimessaggera - ossia quella parte della disciplina che si avvale non solo dell'analisi delle onde elettromagnetiche ma anche di quella delle onde gravitazionali e dei neutrini - ci riserverà sicuramente nuove e appassionanti sorprese.

 

Se pensate ancora che le onde gravitazionali siano un argomento un po' nebuloso, abbiamo l'approfondimento che fa per voi. Fulvio Ricci ve ne parla nell'articolo "Cosa sono le onde gravitazionali e come si rilevano", pubblicato nel numero di febbraio 2017 di Sapere.

 

Credits immagine di copertina: NASA/Ames Research Center/C. Henze [Pubblico dominio] via Wikimedia Commons

copertina   maggio-giugno 2019

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