La collaborazione scientifica LIGO-Virgo ha annunciato, lo scorso 6 gennaio, una nuova osservazione di onde gravitazionali, presumibilmente, generate dalla collisione di due stelle di neutroni avvenuta a una distanza di 500 milioni di anni luce dalla Terra. Il segnale GW190425 è stato rivelato il 25 aprile 2019, durante la terza campagna di osservazione, e presenta caratteristiche singolari che sollecitano interrogativi importanti.
Per saperne di più ne parliamo con Filippo Martelli, docente di Fisica sperimentale dell’Università di Urbino – Gruppo INFN Virgo Urbino.
Professor Martelli, è stata annunciata la seconda osservazione di onde gravitazionali generate da una “probabile” collisione di due stelle di neutroni. Perché l’interpretazione del segnale non è univoca?
Contrariamente a quanto è avvenuto nel caso della prima osservazione della fusione di due stelle di neutroni (segnale GW170817 registrato il 17 Agosto 2017 ndr), questa volta non è stato trovato nessun tipo di luce associato all’evento. Inoltre, dal solo segnale di onde gravitazionali – per giunta molto debole – non si può escludere a priori che una delle due stelle o, forse, entrambe siano in realtà buchi neri. Viste però le masse in gioco la soluzione più ovvia è che si tratti di due stelle di neutroni.
Perché non è stata osservata la luce dei lampi gamma come nella precedente collisione di stelle di neutroni?
I lampi gamma, in questo tipo di eventi, vengono emessi lungo due fasci in direzione opposta, come avviene per un faro: se il fascio non punta verso la Terra non è, dunque, possibile vederli. Nel caso di GW170817 eravamo stati particolarmente fortunati perché oltre ai raggi gamma era stata vista l’emissione luminosa dalla zona centrale della collisione, la cosiddetta kilonova.
Questa volta non è stato possibile per diverse ragioni. La prima è che la sorgente di GW190425 è molto più lontana, trovandosi a circa 520 milioni di anni luce (l’altra era a “soli” 130 milioni), e il segnale previsto dovrebbe essere più debole.
Ma la ragione principale è che la sorgente non è stata ben localizzata perché uno dei due rivelatori negli USA non era attivo in quel momento. E cercare il segnale in una regione di cielo ampia, come quella che si può delimitare senza tutti e tre i rivelatori, non è facile per i telescopi convenzionali.
Che cosa impariamo da questa nuova osservazione?
Questo evento è particolarmente interessante per le masse dei suoi protagonisti. La massa del sistema formato dalle due stelle di neutroni è, infatti, molto più grande di quella di ogni sistema binario di stelle di neutroni finora conosciuto. Nell’ipotesi, meno probabile, di un sistema di due buchi neri si tratterebbe comunque di buchi neri di massa troppo piccola.
La situazione, nel suo complesso, pone importanti interrogativi su come questo sistema si possa essere formato, e sull’esistenza di altri sistemi simili che non sono rivelabili attraverso i metodi di ricerca basati sul segnale elettromagnetico.
Volendo fare il punto, dalla prima rivelazione del 14 settembre 2015 ad oggi, quante campagne di osservazione si sono susseguite?
Le attività dei rivelatori “advanced” sono iniziate proprio a settembre del 2015 con la presa dati scientifica denominata O1, avviata con la prima osservazione e terminata il 19 gennaio 2016. In questa fase erano operativi solo i due rivelatori di LIGO e, quindi, non è stato possibile localizzare bene le posizioni delle sorgenti.
Dal 30 novembre 2016 al 25 agosto 2017, durante la seconda campagna O2 – quasi alla fine – si è potuto aggiungere anche Virgo, permettendo la localizzazione e l’osservazione della prima fusione di due stelle di neutroni. Oggi siamo nel pieno della terza presa dati O3, che è iniziata proprio ad aprile del 2019 e terminerà ad aprile 2020.
Alla terza campagna partecipa anche il rivelatore giapponese KAGRA, il primo interferometro sotterraneo al mondo, entrato di recente nella rete globale per la ricerca di onde gravitazionali?
KAGRA prende parte a questa presa dati O3 dalla fine del 2019. Si tratta, tuttavia, di un interferometro che adotta soluzioni molto avanzate. È sotterraneo, in modo da essere meno sensibile al rumore dovuto alle piccole vibrazioni sismiche presenti sulla superficie terrestre, e usa specchi raffreddati a temperature bassissime per limitare le vibrazioni che la temperatura causa sulla superficie riflettente.
La scelta di queste soluzioni, che verranno adottate solo dalla prossima generazione di rivelatori, è una sfida molto difficile. Per questo, attualmente, la sensibilità di KAGRA non è ancora tale da poter dare un contributo significativo alla rivelazione. Sarà tuttavia importante la presenza di un quarto rivelatore nelle prossime campagne osservative.
Quali sono i fenomeni di maggior rilievo registrati?
Gli eventi di fusione di due oggetti di grande massa, come due buchi neri, due stelle di neutroni o, sperabilmente, una stella di neutroni catturata da un buco nero, sono senz’altro quelli più probabili da rivelare. Dopo aver migliorato ulteriormente la sensibilità degli strumenti, siamo ormai in grado di ricevere un segnale quasi ogni settimana, tanto che oggi abbiamo già una sessantina di candidati che meritano un’analisi più approfondita.
Ma si cercano anche segnali provenienti da altre sorgenti, come esplosioni di supernovae, pulsar, o da fenomeni più esotici o sconosciuti che richiedono, tuttavia, analisi più lunghe e complesse.
Attualmente ci sono senza dubbio osservazioni molto promettenti, ma prima di divulgare questi risultati bisogna attendere che tutti gli studi vengano completati. Per ora bisogna accontentarsi dei risultati relativi a GW190425, ma rimanete in ascolto….
Immagine di copertina: GW190425. Illustrazione di onde gravitazionali generate da un sistema binario di stelle di neutroni. Image credit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.
Video: GW190425. Simulazione di onde gravitazionali generate da un sistema binario di stelle di neutroni. Credits: CoRe collaboration www.computational-relativity.org / Jena FSU.