L'11 febbraio 2016, gli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) hanno annunciato il primo rilevamento di onde gravitazionali. Questo sviluppo, che ha confermato una predizione fatta dalla teoria della relatività generale di Einstein un secolo fa, ha aperto nuove strade di ricerca per cosmologi e astrofisici. Da quel momento, sono stati fatti più rilevamenti, che si diceva fossero il risultato della fusione dei buchi neri.
L'ultima rilevazione ha avuto luogo il 14 agosto 2017, quando tre osservatori - i rilevatori Advanced LIGO e Advanced Virgo - hanno contemporaneamente rilevato le onde gravitazionali create dalla fusione dei buchi neri. Questa è stata la prima volta in cui le onde gravitazionali sono state rilevate da tre diverse strutture in tutto il mondo, inaugurando così una nuova era di ricerca a livello globale su questi fenomeni cosmici.
Lo studio che ha dettagliato queste osservazioni è stato recentemente pubblicato online da LIGO Scientific Collaboration e Virgo Collaboration. Intitolato "GW170814: Un'osservazione a tre rivelatori di onde gravitazionali da una coalescenza binaria del buco nero", questo studio è stato anche accettato per la pubblicazione sulla rivista scientifica Lettere di revisione fisica.
L'evento, designato come GW170814, è stato osservato alle 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) il 14 agosto 2017. L'evento è stato rilevato dai due LIGO della National Science Foundation rilevatori (situati a Livingston, Louisiana e Hanford, Washington) e il rivelatore Virgo situato vicino a Pisa, in Italia - che è gestito dal National Center for Scientific Research (CNRS) e dal National Institute for Nuclear Physics (INFN).
Sebbene non sia stata rilevata la prima istanza di onde gravitazionali, questa è stata la prima volta che un evento è stato rilevato da tre osservatori contemporaneamente. Come ha affermato France Córdova, direttore del NSF, in un recente comunicato stampa di LIGO:
“Poco più di un anno e mezzo fa, NSF ha annunciato che il suo osservatore di onde gravitazionali con interferometro laser aveva effettuato il primo rilevamento in assoluto delle onde gravitazionali, risultante dalla collisione di due buchi neri in una galassia a un miliardo di anni luce di distanza. Oggi siamo lieti di annunciare la prima scoperta fatta in collaborazione tra l'osservatorio delle onde gravitazionali Virgo e la LIGO Scientific Collaboration, la prima volta che questi osservatori osservano una rilevazione delle onde gravitazionali, distanti migliaia di miglia di distanza. Questa è una pietra miliare emozionante nel crescente sforzo scientifico internazionale per sbloccare gli straordinari misteri del nostro universo. "
Sulla base delle onde rilevate, la collaborazione scientifica LIGO (LSC) e Virgo sono state in grado di determinare il tipo di evento, nonché la massa degli oggetti coinvolti. Secondo il loro studio, l'evento è stato innescato dalla fusione di due buchi neri, che erano rispettivamente 31 e 25 masse solari. L'evento ha avuto luogo a circa 1,8 miliardi di anni luce dalla Terra e ha portato alla formazione di un buco nero rotante con circa 53 masse solari.
Ciò significa che circa tre masse solari sono state convertite in energia delle onde gravitazionali durante la fusione, che è stata poi rilevata da LIGO e Virgo. Per quanto impressionante da solo, questa ultima rilevazione è semplicemente un assaggio di ciò che i rivelatori di onde gravitazionali come le collaborazioni LIGO e Virgo possono fare ora che sono entrati nelle loro fasi avanzate e in cooperazione tra loro.
Sia Advanced LIGO che Advanced Virgo sono rilevatori di onde gravitazionali di seconda generazione che hanno preso il posto di quelli precedenti. Le strutture LIGO, che sono state concepite, costruite e gestite da Caltech e MIT, hanno raccolto dati senza successo tra il 2002 e il 2010. Tuttavia, a partire da settembre 2015, Advanced LIGO è andata online e ha iniziato a condurre due percorsi di osservazione: O1 e O2.
Nel frattempo, il rivelatore Vergine originale ha condotto osservazioni tra il 2003 e l'ottobre del 2011, ancora una volta senza successo. A febbraio 2017 è iniziata l'integrazione del rivelatore Advanced Virgo e gli strumenti sono entrati online nell'aprile successivo. Nel 2007, Virgo e LIGO hanno anche collaborato per condividere e analizzare congiuntamente i dati registrati dai rispettivi rilevatori.
Nell'agosto del 2017, il rivelatore Virgo si è unito alla corsa all'O2 e il primo rilevamento simultaneo in assoluto ha avuto luogo il 14 agosto, con i dati raccolti da tutti e tre gli strumenti LIGO e Virgo. Come ha dichiarato il portavoce LSC David Shoemaker, ricercatore del Massachusetts Institute of Technology (MIT), questa rilevazione è solo il primo di molti eventi attesi.
"Questo è solo l'inizio delle osservazioni con la rete abilitata da Virgo e LIGO che lavorano insieme", ha detto. "Con la prossima serie di osservazioni prevista per l'autunno 2018, possiamo aspettarci tali rilevamenti settimanali o anche più spesso."
Ciò significa non solo che gli scienziati avranno una possibilità migliore di rilevare eventi futuri, ma saranno anche in grado di individuarli con una precisione molto maggiore. In effetti, il passaggio da una rete a due a una a tre rivelatori dovrebbe aumentare la probabilità di individuare la fonte di GW170814 di una fabbrica di 20. La regione del cielo per GW170814 è di soli 60 gradi quadrati - oltre 10 volte più piccola di con i dati dei soli interferometri di LIGO.
Inoltre, l'accuratezza con cui viene misurata la distanza dalla sorgente ha beneficiato di questa collaborazione. Come ha spiegato Laura Cadonati, professore di Georgia Tech e vice portavoce di LSC:
“Questa maggiore precisione consentirà all'intera comunità astrofisica di fare scoperte ancora più entusiasmanti, tra cui osservazioni multi-messenger. Un'area di ricerca più piccola consente osservazioni di follow-up con telescopi e satelliti per eventi cosmici che producono onde gravitazionali ed emissioni di luce, come la collisione di stelle di neutroni. "
Alla fine, portare più rivelatori nella rete delle onde gravitazionali consentirà anche test più dettagliati della teoria della relatività generale di Einstein. Anche David H. Reitze di Caltech, direttore esecutivo del laboratorio LIGO, ha elogiato la nuova partnership e ciò che consentirà.
"Con questa prima rilevazione congiunta da parte dei rilevatori Advanced LIGO e Virgo, abbiamo fatto un ulteriore passo avanti nel cosmo delle onde gravitazionali", ha affermato. "La Vergine offre una nuova e potente capacità di rilevare e localizzare meglio le fonti di onde gravitazionali, una che porterà indubbiamente a risultati entusiasmanti e imprevisti in futuro."
Lo studio delle onde gravitazionali è una testimonianza della crescente capacità dei team scientifici del mondo e della scienza dell'interferometria. Per decenni, l'esistenza delle onde gravitazionali era solo una teoria; e alla fine del secolo, tutti i tentativi di rilevarli non avevano prodotto nulla. Ma negli ultimi diciotto mesi sono stati effettuati rilevamenti multipli e sono attesi dozzine in più nei prossimi anni.
Inoltre, grazie alla nuova rete globale e ai migliori strumenti e metodi, questi eventi ci diranno sicuramente volumi sul nostro Universo e sulla fisica che lo governa.
