Nuove stupefacenti scoperte nel campo delle onde gravitazionali

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L’annuncio in simultanea in Italia, Germania e Stati Uniti. Nuova era dell’astronomia, l’Universo come non era mai stato visto prima. Belpaese in prima linea

16 ottobre 2017 | di | Attualità - in evidenza - Mondo - Scienza

L’annuncio di nuove scoperte sulle onde gravitazionali e sull’astronomia, chiamata ultimamente “multimessaggero” in quanto è il risultato di osservazioni basate su segnali di tipo diverso, è giunta nel pomeriggio. Tre conferenze internazionali in simultanea con la presentazione dei risultati negli Stati Uniti, in Germania e in Italia – che ha dato un contributo importante con l’Istituto nazionale di Fisica nucleare (Infn), l’Istituto nazionale di Astrofisica (Inaf) e l’Agenzia spaziale italiana (Asi) – tutte in diretta streaming, a Washington presso la National Science Foundation, da parte della collaborazione dei rivelatori di onde gravitazionali Ligo (americana) e Virgo (europea), a Garching (sobborgo di Monaco di Baviera) da parte dell’Osservatorio europeo australe (Eso), a Venezia da parte dell’Agenzia spaziale europea (Esa) e a Roma presso il ministero dell’Istruzione, l’Università e la Ricerca.

     Vista aerea del LIGO detector a Hanford (Washington)

Si tratta del primo studio dei segnali emessi dalla fusione di due stelle di neutroni, fatto dalle collaborazioni delle già citate Ligo e Virgo insieme a 70 telescopi da Terra e spaziali, che confermano come le onde gravitazionali siano la chiave per “aprire” le porte della nuova astronomia. Come peraltro aveva già intuito Albert Einstein agli inizi del Novecento, la cui giustezza è stata riconosciuta poche settimane fa dai premiati al Nobel per la Fisica di quest’anno, Rainer Weiss, Barry Barish e Kip S. Thorne. Simili alle increspature generate da un sasso che cade in uno stagno, le onde gravitazionali sono levibrazionidello spazio-tempo provocate dai fenomeni più violenti dell’universo, come le collisioni di buchi neri e le esplosioni di supernovae.

Il loro primo suono è stato captato nel settembre 2015 da Ligo e Virgo, alla quale l’Italia partecipa con l’Infn. La scoperta è stata annunciata l’11 febbraio 2016 a Washington con un entusiastico «We did it!» (ovvero, «ce l’abbiamo fatta!»), e contemporaneamente dai ricercatori di Virgo a Cascina, vicino Pisa, salutati da un fragoroso applauso. Da allora sono stati intercettati in tutto quattro segnali di onde gravitazionali generati dalla collisione fra buchi neri. Il secondo è scattato il 26 dicembre 2015: annunciato a giugno 2016, ha contribuito a portare le onde gravitazionali in cima alla top ten degli eventi scientifici dell’anno secondo la prestigiosa rivista Nature. Ma in seguito le sorprese non sono mancate, come dimostra la rilevazione di un terzo segnale che ha svelato una popolazione di buchi neri mai vista prima, dalla massa pari a 20-30 volte quella del Sole. Il quarto segnale è stato rilevato congiuntamente da Ligo e Virgo lo scorso 14 agosto, e il suo annuncio ha catalizzato l’attenzione alla conferenza di apertura dell’ultimo G7 della scienza a Torino.

Il 17 agosto scorso, mentre a Stoccolma si preparavano ad assegnare il premio Nobel a Kip S. Thorne, Barry Barish e Rainer Weiss, ecco la quinta sorprendente rilevazione: un’onda gravitazionale generata non dalla collisione fra buchi neri, bensì dalla fusione tra due stelle di neutroni poste a 130 milioni di anni luce da noi. Un evento attesissimo dagli astrofisici, che ha segnato una svolta aprendo una nuova era per lo studio dell’universo, con l’unione dell’astrofisica gravitazionale e di quella elettromagnetica nella cosiddetta nuova “astronomia multimessaggero“, frutto di osservazioni basate su segnali di diversa natura. Dunque da oggi l’astronomia non è più la stessa: una rivoluzione come quella di Galileo quando puntò il cannocchiale verso il cielo. È stato, infatti, catturato il segnale generato dalla fusione di due stelle di neutroni, così dense da costituire uno stato estremo della materia.

I risultati, presentati a Roma alla presenza del ministro per l’Istruzione, l’Università e la Ricerca Valeria Fedeli, sono pubblicati su numerose riviste internazionali, fra le quali Nature Astronomy, Physical Review Letters, la già citata Nature e Science, e segnano un passo in avanti epocale nella storia dell’astronomia. È la prima volta che un evento cosmico viene osservato sia con le onde gravitazionali sia con quelle elettromagnetiche, aprendo l’era dell’astronomia “multimessaggero” che, sfruttando contemporaneamente segnali diversi, trasforma il modo di vedere e ascoltare l’universo. Per la prima volta, infatti, ci sono gli strumenti per ascoltare contemporaneamente segnali cosmici molto diversi, come le onde gravitazionali, quelli ottici, i raggi X e l’ultravioletto.

     Virgo, l’interferometro per onde gravitazionali realizzato a Cascina (Pisa)

L’Infn ha contribuito a questi risultati con il rivelatore di onde gravitazionali Virgo, che fa capo all’Osservatorio gravitazionale europeo (Ego, dall’acronimo inglese European Gravitational Observatory) e si trova come già scritto in Italia, a Cascina (Pisa). Insieme ai due strumenti del rivelatore americano Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo ha permesso di capire da dove proveniva il segnale dell’onda gravitazionale. L’Inaf, con la sua rete di telescopi basati a Terra e nello spazio, è stato fra i primi al mondo afotografare“, riconoscere e descrivere la sorgente del segnale e l’Asi ha contribuito alle osservazioni grazie ai telescopi spaziali dedicati allo studio dei fenomeni più ricchi di energia dell’universo, come le emissioni di lampi gamma. Fra i telescopi a Terra che hanno contribuito alla ricerca ci sono Rem (Rapid Eye Mount, un telescopio con diametro di 60 cm posto nell’Osservatorio cileno di Eso, dall’acronimo inglese European Southern Observatory), Vst (Vlt Survey Telescope, è l’ultimo telescopio installato all’Osservatorio del Paranal dell’Eso, il più grande telescopio al momento progettato per le survey del cielo in luce visibile, ben 2,6 metri di diametro) e Vlt (Very Large Telescope, letteralmente “telescopio molto grande”, è un sistema di quattro telescopi ottici separati, affiancati da quattro telescopi minori), mentre quelli spaziali sono Fermi e Integral, Swift, Chandra e Hubble.

Virgo a Cascina (Pisa)

Perciò l’Italia ha avuto un ruolo di prima linea nel perfetto gioco di squadra che ha coinvolto centinaia di ricercatori in tutto il mondo, inaugurando la nuova astronomia che descrive l’universo catturandone immagini e suoni. Tantissime le firme italiane sugli articoli pubblicati sulle già citate prestigiose riviste scientifiche internazionali, tutte che fanno capo a tre enti pubblici di ricerca che, con strumenti molto diversi, hanno contribuito a ricomporre tutte le tessere della nuova astronomia. Come già scritto l’Infn ha contribuito con il rivelatore di onde gravitazionali Virgo, che ha permesso di capire da dove proveniva il segnale dell’onda gravitazionale generata dalla collisione di due stelle di neutroni. A distanza di due secondi da questa prima osservazione è entrata in scena l’Asi, che contribuisce in modo importante al telescopio Fermi della Nasa, che per primo ha visto la luce generata dalla fusione delle due stelle. Altre osservazione sono state fatte in seguito da altri telescopi specializzati nell’osservazione dei lampi di raggi gamma, come quello generato dalla coppia di stelle, ai quali l’Asi partecipa, come Integral dell’Esa, Chandra della Nasa e Agile (Astrorivelatore Gamma ad Immagini ultra LEggero), che è tutto italiano. E poi Grawita (GRAvitational Wave Inaf TeAm), il gruppo dell’Inaf dedicato alle onde gravitazionali.

 

Elena Boschi

Foto © National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet (foto apertura), Virgo

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