Onde gravitazionali, catturato nuovo segnale emesso da fusione tra buchi neri. “Abbiamo iniziato a studiare l’invisibile”



Fulvio Ricci, il fisico dell’Infn e della Sapienza Università di Roma alla guida di Virgo: "È la conferma che aspettavamo. L’astronomia gravitazionale è realmente iniziata". Ma gli scienziati non si accontentano di questi storici risultati. Stanno già guardando oltre, al di fuori dell’atmosfera terrestre

Per cento anni gli scienziati hanno dato loro la caccia. Senza riuscire ad acciuffarle. Adesso, a pochi mesi di distanza, eccone due, una dietro l’altra. Dopo la scoperta che lo scorso 11 febbraio 2016 ha fatto il giro del mondo, una seconda onda gravitazionale, tra le numerose che come una risacca marina stirano e accorciano la Terra, il giorno di S. Stefano del 2015 ha fatto oscillare in maniera quasi impercettibile gli specchi delle sofisticate orecchie che i fisici hanno costruito per ascoltarle, gli interferometri laser. Un inatteso regalo di Natale per gli scienziati.

La scoperta, accettata per la pubblicazione dalla rivista Physical Review Letters, è stata annunciata in una conferenza stampa congiunta al meeting dell’American astronomical society di San Diego dai fisici delle collaborazioni internazionali Ligo (Laser interferometer gravitational-wave observatory) e Virgo, cui l’Italia partecipa con l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn).

Pensando al celebre volto di Albert Einstein, con i capelli arruffati e la linguaccia, ci si chiede quale sarebbe oggi la sua reazione alla notizia che una delle sue previsioni più ardite si è dimostrata azzeccata. Il padre della Relatività Generale non poteva immaginare che, proprio mentre formulava le sue equazioni e metteva in discussione i suoi stessi calcoli sull’esistenza di minuscole increspature nel tessuto elastico dello spazio-tempo, le onde gravitazionali che di lì a un secolo avrebbero fatto oscillare i bracci dei due esperimenti gemelli Ligo negli Usa, erano già in viaggio. Alla velocità della luce. Da quasi 1,5 miliardi di anni, emesse quando sulla Terra si stavano ancora formando le prime cellule evolute.

A generare le oscillazioni la fusione di due buchi neri
Anche in questo secondo evento, come per la prima onda, a generare le oscillazioni dello spazio-tempo, 1,4 miliardi di anni fa, è stata la fusione di due buchi neri. Due giganti con una massa pari a 8 e 14 volte quella del Sole, che si sono stretti in un abbraccio fatale, fino a dar forma a un mostro cosmico di 21 masse solari. “Questo secondo evento – spiega Fulvio Ricci, il fisico dell’Infn e della Sapienza Università di Roma alla guida di Virgo – ha caratteristiche sensibilmente diverse dal primo. È stato, infatti, generato da buchi neri più leggeri di quelli del precedente segnale. Inoltre, stavolta siamo stati in grado di seguirne l’evoluzione per più tempo. In sostanza – aggiunge lo studioso -, stiamo intravedendo l’esistenza di un’intera popolazione di buchi neri, le cui caratteristiche saranno ben presto svelate nelle prossime fasi di presa dati degli interferometri avanzati”.

Aperto un nuovo campo dell’astronomia
Il fenomeno è stato estremamente violento. In pochi secondi si è sprigionata, sottoforma di onde gravitazionali, una quantità di energia pari all’intera massa del Sole. “La prima scoperta di un’onda gravitazionale, annunciata a febbraio, è stata una pietra miliare nella fisica. Questa seconda rivelazione – si legge in un comunicato congiunto degli scienziati di Ligo e Virgo, l’esperimento che fa capo allo European gravitational observatory (Ego) e conta circa 250 fisici e ingegneri, la metà dei quali dell’Infn – prova che è stato aperto un nuovo campo nell’astronomia per lo studio dei buchi neri, corpi così densi che né la luce né la materia riescono a sfuggirvi. Si tratta della conferma che questi cataclismi sono fenomeni relativamente frequenti, ed è quindi probabile – sottolineano gli autori della scoperta – l’osservazione di altri eventi simili già a partire dall’autunno del 2016”.

È l’alba della cosiddetta astronomia gravitazionale. D’ora in avanti la nostra visione del cosmo non sarà più la stessa. Abbiamo iniziato a studiare l’universo in un modo completamente nuovo. Come quando Galileo Galilei, più di quattro secoli fa, puntò per la prima volta verso il cielo il suo cannocchiale. Di onda in onda, gli studiosi stanno aggiungendo il sonoro al film dell’universo, finora muto. Si sono messi in ascolto con un sesto senso, nuovo di zecca, per “studiare l’invisibile”, come ama ripetere Fulvio Ricci. “È la conferma che aspettavamo. L’astronomia gravitazionale è realmente iniziata”, commenta entusiasta Ricci, dopo aver dato insieme ai colleghi Usa l’annuncio della cattura di un secondo sussurro cosmico. Le onde gravitazionali sono, infatti, debolissime, pur essendo molto comuni nel cosmo. Persino il nostro corpo le produce, muovendosi. E, al tempo stesso, è deformato dal loro passaggio. Anche se troppo poco perché ciascuno di noi possa accorgersene.

Così gli interferometri laser hanno catturato le vibrazioni
Per catturare queste vibrazioni cosmiche i fisici hanno, quindi, ideato delle sofisticate antenne: gli interferometri laser. Enormi bracci perpendicolari lunghi tre o quattro chilometri, in cui viaggiano raggi laser riflessi avanti e indietro da grandi specchi, appesi come pendoli per attenuare ogni minimo rumore. Queste antenne, come Virgo, a Càscina, nella campagna pisana, sono sensibilissime. Sono, infatti, capaci di misurare vibrazioni generate dal passaggio di un’onda impercettibili, un miliardo di volte più piccole del diametro di un atomo d’idrogeno. Ma proprio per la loro estrema sensibilità, possono essere disturbate anche dal rumore di una foglia che cade, o dallo sciabordio delle acque sulla costa a chilometri di distanza. Catturare un’onda gravitazionale in mezzo a questo frastuono, dove ogni minimo rumore rappresenta una possibile interferenza è, quindi, un’impresa ardua. Estrema. Come ascoltare distintamente la voce di un singolo tifoso in uno stadio affollato di spettatori, durante la finale dei campionati Europei di calcio. Una ricerca che ha richiesto milioni di ore di analisi dati con l’aiuto di potenti computer. E che alla fine è stata premiata con un doppio successo. Ecco spiegato l’entusiasmo dei fisici di Ligo e Virgo in queste ore.

Gli scienziati vanno già oltre con il programma di 3 satelliti
Ma gli scienziati non si accontentano di questi storici risultati. Stanno già guardando oltre. E al di fuori dell’atmosfera terrestre. Il futuro dell’astronomia gravitazionale non si limiterà, infatti, al solo studio delle onde predette da Einstein dal nostro Pianeta, ma anche dallo spazio. Al network di antenne gravitazionali terrestri nei prossimi decenni dovrebbe, infatti, aggiungersene un’altra: l’osservatorio spaziale “evolved Laser interferometer space antenna” (eLisa), della European space agency (Esa). Un sistema di tre satelliti, distanti un milione di chilometri l’uno dall’altro, in orbita intorno al Sole a 50 milioni di chilometri sopra le nostre teste, circa un terzo della distanza Terra-Sole.

Nei giorni scorsi sono stati pubblicati, su Physical Review Letters, i primi risultati della missione Lisa Pathfinder, alla quale l’Italia contribuisce con l’Agenzia spaziale italiana (Asi), l’Infn e l’Università di Trento. Lanciata lo scorso dicembre, la missione nasce per testare la fattibilità di un osservatorio spaziale per l’ascolto dei messaggi provenienti dall’universo remoto, sotto forma di onde gravitazionali. Ebbene, gli scienziati dell’Esa hanno annunciato che Lisa Pathfinder ha superato a pieni voti l’esame. Il successo di questo test spalanca adesso la strada alla realizzazione della prima antenna spaziale per l’ascolto delle onde gravitazionali, che l’Esa ha in programma di realizzare a partire dal 2028.

Onde gravitazionali, “captato nuovo segnale proveniente dalla fusione di due buchi neri a 3 miliardi di anni luce” - http://www.ilfattoquotidiano.it/2017/06 ... e/3629483/

G7 Scienza: onde gravitazionali, cominciata nuova astronomia
Da un coro di strumenti un occhio potentissimo sull'universo



E' stato misurato il primo segnale delle onde gravitazionali dalla rete globale che le 'ascolta', formata dall'osservatorio europeo Virgo, che si trova in Italia e al quale il nostro Paese partecipa con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) insieme alla Francia, e dai due rivelatori americani Ligo. Il risultato, che apre una nuova pagina dell'astronomia, è stato annunciato dalle due collaborazioni internazionali a Torino, nella conferenza di apertura del G7 Scienza.

Il segnale è stato rilevato il 14 agosto 2017 ed è il primo catturato dai tre rivelatori, che funzionano come un unico strumento potentissimo. E' stato emesso nei momenti finali della fusione di due buchi neri dalla massa di 31 e 25 volte quella del Sole e distanti fra loro circa 1,8 miliardi di anni luce. La fusione ha generato un unico buco nero da 53 masse solari: ciò significa che circa tre masse solari sono state convertite in energia sotto forma di onde gravitazionali.

Lavorando all'unisono al di là dell'oceano, i tre rivelatori permettono anche di localizzare la provenienza delle onde gravitazionali con grande precisione. Ai vertici del triangolo si trovano Virgo, che è a Cascina (Pisa) e fa parte dell'Osservatorio Gravitazionale Europeo (Ego), e i due rivelatori di Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) che si trovano negli Stati Uniti ,a Livingston (Louisiana) e a

Hanford (Washington).

Fedeli, orgogliosa del contributo dell'Italia
Un grande motivo di orgoglio per il ruolo dell'Italia nel collaborare a uno straordinario traguardo: così il ministro per l'Istruzione, l'Università e la Ricerca, Valeria Fedeli, ha commentato la rilevazione del primo segnale delle onde gravitazionali fatta contemporaneamente dai rivelatori Ligo e Virgo.
"Questo straordinario traguardo della fisica, che oggi al G7 Scienza viene comunicato assieme dalle due collaborazioni Ligo e Virgo, è per tutti noi motivo di grande soddisfazione", ha detto Fedeli. "Innanzitutto - ha proseguito - perché testimonia il valore della cooperazione scientifica internazionale, chiave di volta per affrontare le grandi sfide per il progresso della conoscenza, impegnandosi in uno sforzo congiunto e coordinato per raggiungere traguardi ambizioni". Per Valeria Fedeli "il risultato annunciato sottolinea anche l'importanza di progettare e investire nelle grandi infrastrutture di ricerca globali, che hanno la capacità di attrarre e ottimizzare competenze e risorse su scala planetaria".
Come rappresentante istituzionale della ricerca scientifica italiana, ha detto ancora Fedeli, "l'annuncio di oggi è per me motivo d'orgoglio per il contributo determinante del nostro Paese, reso possibile grazie al costante lavoro delle nostre ricercatrici e dei nostri ricercatori, coordinati dall'Infn, e dalla capacità di innovare della nostra industria. Quello che agli inizi era potuto sembrare a molti un progetto visionario, sta aprendo oggi una nuova epoca per lo studio del nostro universo".

Ferroni, uno straordinario successo
Un esempio virtuoso di collaborazione internazionale: per il presidente dell'nfn, Fernando Ferroni, è soprattutto questa l'importanza del risultato presentato oggi a Torino, in apertura del G7 Scienza. "La prima rivelazione di un'onda gravitazionale da parte di tutti e tre gli interferometri rappresenta lo straordinario successo di un esempio virtuoso di collaborazione su scala globale", ha rilevato Ferroni. "E la capacità di identificare nel cielo la sorgente - ha aggiunto - marca la nascita della cosiddetta astronomia multimessaggero". Come Infn, ha osservato ancora, "siamo orgogliosi di Virgo, lo strumento che si trova in Italia e che con il suo determinante contributo rende possibile questa nuova, grande avventura scientifica".

Ligo, onde gravitazionali; grandi attese per il 2018
Sono i primissimi passi di un'astronomia completamente nuova, che già nel 2018 potrebbe dare una straordinaria quantità di risultati. Ne è convinto il coordinatore scientifico della collaborazione americana Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), David Shoemaker, del Massachusetts Institute of Technology (Mit), che ha commentato entusiasta la prima osservazione congiunta delle antenne americane Ligo con l'europea Virgo.
"Questo è solo l'inizio delle osservazioni con la rete globale di interferometri realizzata grazie al lavoro congiunto di Virgo e Ligo", ha rilevato, "Con il prossimo ciclo di attività osservative, previsto per l'autunno 2018, possiamo aspettarci - ha concluso - rivelazioni di questo tipo ogni settimana o addirittura più spesso". Per il coordinatore della collaborazione Virgo, Jo van den Brand, dell'istituto olandese di fisica subatomica (Nikhef) e della Vrije Universiteit di Amsterdam, "è stato meraviglioso vedere un primo segnale di onde gravitazionali nel nostro nuovo rivelatore, dopo solo due settimane dall'inizio della presa dati". Questa, ha osservato, "è una grande ricompensa dopo tutto il lavoro svolto negli ultimi sei anni per la realizzazione del progetto Advanced Virgo, che ha consentito di potenziare il nostro rivelatore".

I temi del G7 della Scienza
L'apertura ufficiale dei lavori, con il ministro per l'Istruzione, l'Università e la Ricerca, Valeria Fedeli, è in programma per domani mattina, con riunioni plenarie dedicate ai temi cruciali della formazione delle risorse umane per la ricerca e l'innovazione. Sul tavolo dei ministri della Ricerca ci sono anche i meccanismi di finanziamento delle attività scientifiche. Si parlerà anche del ruolo della ricerca per promuovere le tecnologie e le innovazioni del futuro. Terzo grande tema della giornata sono le grandi infrastrutture per la ricerca globale e l'accesso ai dati.