La rilevazione di onde gravitazionali rivela nuovi fenomeni cosmici
La rilevazione di onde gravitazionali rivela nuovi fenomeni cosmiciUn team di ricercatori dell’Università di Portsmouth, appartenenti all’Istituto di Cosmologia e Gravitazione (ICG), ha contribuito alla rilevazione di un segnale di onda gravitazionale particolarmente significativo, che potrebbe essere la chiave per risolvere un mistero cosmico di lunga data.
La scoperta, annunciata il 5 aprile dalla collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA, che comprende oltre 1.600 scienziati da tutto il mondo, tra cui membri dell’ICG, mira a rilevare onde gravitazionali e utilizzarle per esplorare i fondamenti della scienza.
Nel maggio 2023, poco dopo l’inizio del quarto ciclo di osservazioni LIGO-Virgo-KAGRA, il rilevatore LIGO Livingston in Louisiana, USA, ha osservato un segnale di onda gravitazionale proveniente dalla collisione di quello che è molto probabilmente una stella di neutroni con un oggetto compatto che ha una massa compresa tra 2,5 e 4,5 volte quella del nostro Sole.
Svelare fenomeni cosmici
Le stelle di neutroni e i buchi neri sono entrambi oggetti compatti, resti densi di esplosioni stellari massicce. Ciò che rende questo segnale, chiamato GW230529, intrigante è la massa dell’oggetto più pesante. Essa rientra in un possibile intervallo di massa tra le stelle di neutroni conosciute più pesanti e i buchi neri più leggeri. Il segnale di onda gravitazionale da solo non può rivelare la natura di questo oggetto. Future rilevazioni di eventi simili, specialmente quelli accompagnati da esplosioni di radiazioni elettromagnetiche, potrebbero aiutare a risolvere questo enigma.
“Questa rilevazione, la prima dei nostri entusiasmanti risultati del quarto ciclo di osservazioni LIGO-Virgo-KAGRA, rivela che potrebbe esserci un tasso più elevato di collisioni simili tra stelle di neutroni e buchi neri di bassa massa di quanto precedentemente pensato”, afferma il Dr. Jess McIver, Professore Assistente presso l’Università della Columbia Britannica e Vice Portavoce della Collaborazione Scientifica LIGO.
Dato che questo evento è stato osservato da un solo rilevatore di onde gravitazionali, valutare se sia reale o meno diventa più difficile.
Progressi nelle tecniche di rilevazione
Il Dr. Gareth Cabourn Davies, un ingegnere del software di ricerca presso l’ICG, ha sviluppato gli strumenti utilizzati per cercare eventi in un singolo rilevatore. Egli afferma: “Corroborare gli eventi osservandoli in più rilevatori è uno dei nostri strumenti più potenti per separare i segnali dal rumore. Utilizzando modelli appropriati del rumore di fondo, possiamo giudicare un evento anche quando non abbiamo un altro rilevatore per confermare ciò che abbiamo visto”.
Prima della rilevazione delle onde gravitazionali nel 2015, le masse dei buchi neri di massa stellare erano principalmente trovate utilizzando osservazioni a raggi X, mentre le masse delle stelle di neutroni erano trovate utilizzando osservazioni radio. Le misurazioni risultanti cadevano in due intervalli distinti con un intervallo tra di essi da circa 2 a 5 volte la massa del nostro Sole. Nel corso degli anni, un piccolo numero di misurazioni ha invaso l’intervallo di massa, che rimane molto dibattuto tra gli astrofisici.
Implicazioni dei recenti ritrovamenti
L’analisi del segnale GW230529 mostra che esso proviene dalla fusione di due oggetti compatti, uno con una massa compresa tra 1,2 e 2,0 volte quella del nostro Sole e l’altro leggermente più del doppio di quella massa.
Sebbene il segnale di onda gravitazionale non fornisca informazioni sufficienti per determinare con certezza se questi oggetti compatti siano stelle di neutroni o buchi neri, sembra probabile che l’oggetto più leggero sia una stella di neutroni e quello più pesante un buco nero. Gli scienziati della Collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA sono fiduciosi che l’oggetto più pesante sia all’interno dell’intervallo di massa.
Le osservazioni di onde gravitazionali hanno ora fornito quasi 200 misurazioni delle masse di oggetti compatti. Di queste, solo un’altra fusione potrebbe aver coinvolto un oggetto compatto nell’intervallo di massa: il segnale GW190814 proveniva dalla fusione di un buco nero con un oggetto compatto che superava la massa delle stelle di neutroni conosciute più pesanti e possibilmente all’interno dell’intervallo di massa.
“Sebbene precedenti prove di oggetti nell’intervallo di massa siano state riportate sia in onde gravitazionali che elettromagnetiche, questo sistema è particolarmente eccitante perché è la prima rilevazione di onde gravitazionali di un oggetto nell’intervallo di massa accoppiato con una stella di neutroni”, afferma il Dr. Sylvia Biscoveanu della Northwestern University. “L’osservazione di questo sistema ha importanti implicazioni sia per le teorie dell’evoluzione binaria sia per i corrispettivi elettromagnetici delle fusioni di oggetti compatti”.
Osservazioni in corso e future
Il quarto ciclo di osservazioni è previsto durare 20 mesi, inclusi un paio di mesi di pausa per effettuare la manutenzione dei rilevatori e apportare una serie di miglioramenti necessari. Entro il 16 gennaio 2024, quando è iniziata l’attuale pausa, erano stati identificati un totale di 81 candidati a segnali significativi. GW230529 è il primo di questi ad essere pubblicato dopo un’indagine dettagliata.
Il quarto ciclo di osservazioni è ripreso il 10 aprile 2024 con i rilevatori LIGO Hanford, LIGO Livingston e Virgo operanti insieme. Il ciclo continuerà fino a febbraio 2025 senza ulteriori pause pianificate nelle osservazioni.
Mentre il ciclo di osservazioni continua, i ricercatori LIGO-Virgo-KAGRA stanno analizzando i dati dalla prima metà del ciclo e verificando gli altri 80 candidati a segnali significativi già identificati. Entro la fine del quarto ciclo di osservazioni nel febbraio 2025, il numero totale di segnali di onde gravitazionali osservati dovrebbe superare i 200.