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Esperimenti Ligo e Virgo: osservate per la prima volta onde gravitazionali

Provvidenziale la collisione tra due stelle osservate  

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Esperimenti Ligo e Virgo: osservate per la prima volta onde gravitazionali

 

ITALIA. Per la prima volta onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due stelle di neutroni sono state osservate dagli scienziati di tutto il mondo nell’ambito degli esperimetni denominati Ligo e Virgo.

Una scoperta che segna il primo evento cosmico osservato sia con onde gravitazionali che con la luce.

Per la prima volta, gli scienziati hanno rivelato direttamente sia onde gravitazionali (increspature dello spazio-tempo) che segnali luminosi dalla spettacolare fusione di due stelle di neutroni. Questa è la prima volta che un evento cosmico viene osservato sia con le onde gravitazionali che con la luce.

La scoperta è stata fatta utilizzando il Laser Interferometer GravitationalWave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti, il rivelatore Virgo in Europa, e circa 70 osservatori a terra e nello spazio.

Le stelle di neutroni sono le più piccole e dense stelle conosciute e si formano quando stelle massicce esplodono in supernovae. Mentre queste due stelle di neutroni spiraleggiavano insieme, hanno emesso onde gravitazionali che sono state rivelabili per circa 100 secondi; quando si sono fuse, è stato emesso un lampo di luce sotto forma di raggi gamma che è stato visto sulla terra circa due secondi dopo le onde gravitazionali. Nei giorni e nelle settimane che hanno seguito la collisione, altre forme di luce, o radiazione elettromagnetica (inclusi raggi X, ultravioletti, visibili, infrarossi e onde radio), sono state rilevate.

 

Le osservazioni hanno dato agli astronomi un’opportunità senza precedenti per studiare la collisione di due stelle di neutroni. Per esempio, le osservazioni fatte dal Gemini Observatory statunitense, dall’European Very Large Telescope e dal Hubble Space Telescope della NASA rivelano segni di materiali prodotti da poco, inclusi oro e platino, risolvendo un mistero vecchio di decine di anni riguardo l’origine di circa la metà di tutti gli elementi chimici più pesanti del ferro. I risultati di LIGO e Virgo vengono pubblicati oggi sul giornale Physical Review Letters; altri articoli delle collaborazioni LIGO e Virgo e della comunità astronomica sono stati inviati o accettati per la pubblicazione su varie riviste .

Il segnale gravitazionale, battezzato GW170817, è stato inizialmente rivelato il 17 agosto alle 14:41 ora italiana; la rivelazione è stata fatta dai due rivelatori gemelli LIGO, situati a Hanford, nello stato di Washington, e a Livingston, in Luisiana. L’informazione fornita dal terzo rivelatore, Virgo, situato nei pressi di Pisa, in Italia, ha permesso un miglioramento nella localizzazione dell’evento cosmico. In quel momento, LIGO era prossimo al termine del suo secondo periodo di osservazione dopo essere stato aggiornato nel corso di un programma chiamato Advanced LIGO, mentre Virgo aveva cominciato il suo primo periodo di osservazione dopo aver recentemente completato un aggiornamento conosciuto come Advanced Virgo.



COSA SONO LE ONDE GRAVITAZIONALI

Sono considerate una delle chiavi di volta dell'Universo, che ci consentiranno di capire e vedere lo spazio profondo con occhi diversi. Le onde gravitazionali, al centro della nuova scoperta (anche Made in Italy) di oggi, sono perturbazioni del campo gravitazionale che si propagano alla velocita' della luce. Sono state previste dalla Teoria della Relativita' Generale formulata da Albert Einstein. Einstein rivoluziono' i concetti di spazio e di tempo, ipotizzando che uno stesso fenomeno, osservato da sistemi di riferimento diversi, potesse apparire diverso, al punto che anche il tempo potesse scorrere in modo differente. Al sistema di riferimento che descrive un fenomeno si deve quindi aggiungere, alle tre coordinate spaziali, una coordinata temporale passando da tre a quattro dimensioni (spazio-tempo). La teoria della relativita' generale, che descrive i fenomeni connessi con la gravitazione, prevede che la forma dello spazio-tempo dipenda dalla distribuzione della materia in esso presente: la massa di una stella incurva la trama dello spazio-tempo come se questo fosse un telo invisibile.

Quando questa distribuzione viene modificata, ad esempio la fusione di due buchi neri o di due stelle di neutroni, la forma dello spazio-tempo cambia di conseguenza. Questa variazione non e' istantanea in tutto l'Universo ma si propaga, dal luogo dove ha avuto origine, alla velocita' della luce.

La propagazione della variazione della forma dello spazio-tempo prende il nome di onda gravitazionale e possiamo assimilarla all'increspatura sulla superficie di un lago dopo il lancio di un sasso. L'osservazione delle onde gravitazionali e' importante perche' fornisce cosi' informazioni significative e complementari all'osservazione di onde elettromagnetiche (luce, onde radio, raggi X e gamma) e di particelle elementari (raggi cosmici, neutrini) di origine astrofisica.

Saranno cosi' svelati aspetti dell'universo finora inaccessibili: i processi piu' drammatici del cosmo sono sorgente di onde gravitazionali, e l'osservazione di queste onde ci consente di ottenere informazioni sulle masse e sui meccanismi coinvolti nell'emissione. Inoltre, contrariamente ai telescopi che possono osservare solo una piccola porzione del cielo alla volta, i rivelatori di onde gravitazionali sono per loro natura non direzionali e sono quindi in ascolto di un grande volume di universo, il cui raggio e' ovviamente determinato dalla sensibilita' dei rivelatori. Inoltre, la misura del fondo stocastico gravitazionale, che puo' essere originato da sorgenti cosmologiche oltreche' astrofisiche, portera' informazioni sull'Universo primordiale a un tempo molto prossimo al momento del Big Bang.

 


VIRGO ESPERIMENTO DELL’INFN

Se la fusione di due stelle di neutroni e' stata osservata con ogni mezzo ad oggi a disposizione e' grazie al contributo del rilevatore VIRGO dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn). E' proprio l'interferometro situato a Pisa che ha permesso di localizzare con precisione l'evento cosmico. A causa del suo orientamento rispetto alla sorgente al momento della rivelazione, VIRGO ha registrato un segnale che, combinato con le dimensioni e la tempistica del segnale nei rivelatori LIGO, ha consentito agli scienziati di triangolare la posizione nel cielo della sorgente. Dopo aver eseguito un approfondito controllo per assicurarsi che i segnali non fossero un artefatto degli strumenti di rivelazione, gli scienziati hanno concluso che l'onda gravitazionale veniva da un'area relativamente piccola, solo 28 gradi quadrati, nel cielo dell'emisfero meridionale. Grazie all'inedita precisione nella localizzazione dell'evento gravitazionale, decine di osservatori in tutto il mondo sono stati in grado, ore piu' tardi, di iniziare a scandagliare la regione del cielo da cui si pensava che il segnale provenisse. Per primi sono stati i telescopi ottici a individuare un nuovo punto di luce, simile a una nuova stella.