L'11 febbraio 2016, gli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) hanno fatto la storia quando hanno annunciato il primo rilevamento in assoluto delle onde gravitazionali (GW). Da quel momento, sono stati effettuati rilevamenti multipli e collaborazioni scientifiche tra osservatori - come Advanced LIGO e Advanced Virgo - stanno consentendo livelli senza precedenti di sensibilità e condivisione dei dati.
In precedenza, sette eventi di questo tipo erano stati confermati, sei dei quali causati dalla fusione di buchi neri binari (BBH) e uno dalla fusione di una stella binaria di neutroni. Ma sabato 1 dicembre, un team di scienziati LIGO Scientific Collaboration (LSC) e Virgo Collaboration hanno presentato nuovi risultati che indicavano la scoperta di altri quattro eventi di onde gravitazionali. Ciò porta a undici il numero totale di eventi GW rilevati negli ultimi tre anni.
La presentazione, dal titolo "Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo", è stata realizzata durante il Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2018, che si è tenuto dal 1 ° dicembre al dicembre 4 ° all'Università del Maryland.
Ospitato dal Joint Space-Science Institute (JSI), una partnership tra l'Università del Maryland e il Goddard Space Flight Center della NASA, questo evento annuale riunisce scienziati e ricercatori di tutto il mondo per discutere questioni attuali e future relative al rilevamento e studio delle onde gravitazionali.
Nel corso della presentazione, Michael Pürrer - uno scienziato senior nella divisione di astrofisica e di relatività cosmologica presso AEI Potsdam - ha presentato sabato i risultati del primo catalogo alla GWPAW per conto della collaborazione scientifica LIGO e della collaborazione Virgo. Questi includevano i sette eventi precedentemente rilevati e i quattro rilevamenti recenti. Come ha affermato durante la presentazione:
“In questo catalogo presentiamo un'analisi approfondita di tutti gli 11 rilevamenti di onde gravitazionali trovati in O1 e O2. Facciamo affidamento su modelli all'avanguardia della forma d'onda gravitazionale emessa da questi eventi cataclismici per inferire le masse, gli spin e le deformità delle maree dei binari. Sono molto orgoglioso di aver fatto parte di questo straordinario sforzo da parte della LIGO Scientific Collaboration e Virgo Collaboration. ”
I nuovi eventi, che sono stati tutti il risultato delle fusioni di BBH, sono designati GW170729, GW170809, GW170818 e GW170823 in base alle date in cui sono stati rilevati. Tutti e quattro sono stati rilevati durante il secondo ciclo di osservazione delle collaborazioni LIGO e VIRGO (O2), che è durato dal 30 novembre 2016 al 25 agosto 2017.
Alessandra Buonanno, la direttrice della divisione Astrofisica e di relatività cosmologica presso l'AEI-Potsdam e la professoressa del College Park dell'Università del Maryland, hanno contribuito in maniera significativa a questi recenti ritrovamenti. Come ha indicato in un recente comunicato stampa dell'AEI:
“Modelli di forme d'onda all'avanguardia, elaborazione avanzata dei dati e migliore calibrazione degli strumenti, ci hanno permesso di inferire in modo più accurato i parametri astrofisici degli eventi precedentemente annunciati. Attendo con impazienza la prossima serie di osservazioni nella primavera del 2019, dove prevediamo di rilevare più di due fusioni al buco nero al mese dei dati raccolti! ”
Secondo i risultati del team, i BBH osservati coprono una vasta gamma di masse componenti, da 7,6 a 50,6 masse solari. Il team ha anche scoperto che in due dei BBH (GW151226 e GW170729), è molto probabile che almeno uno dei buchi neri stia girando. Ma soprattutto, i nuovi rilevamenti hanno stabilito due nuovi record nello studio dei GW.
Ad esempio, l'evento noto come GW170818 è stato localizzato nel cielo con precisione millimetrica nell'emisfero celeste settentrionale dagli osservatori LIGO e Vergine. In effetti, è stato identificato con una precisione di 39 gradi quadrati (195 volte la dimensione apparente della luna piena), rendendolo il miglior BBH localizzato fino ad oggi.
Inoltre, l'evento noto come GW170729 è stata la più grande e distante fonte di onde gravitazionali finora osservata. Oltre a coinvolgere una coppia di buchi neri che aveva una massa combinata più di 50 volte quella del Sole, la fusione avvenne 5 miliardi di anni fa e rilasciò l'equivalente di quasi cinque masse solari sotto forma di radiazione gravitazionale.
Guardando al futuro, il team spera di fare più scoperte durante la terza serie di osservazioni (O3) di Advanced LIGO e Virgo, che dovrebbe iniziare all'inizio del 2019. Questa serie trarrà beneficio da ulteriori aggiornamenti di sensibilità a LIGO e Virgo, nonché dal inclusione dell'osservatorio Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) in Giappone (probabilmente verso la fine dell'O3).
Come ha espresso Karsten Danzmann, direttore della divisione Laser Interferometry and Gravitational Wave Astronomy presso AEI-Hannover:
"Sono felice che molte delle tecnologie avanzate di rivelatori sviluppate nel nostro rivelatore GEO600 abbiano contribuito a far funzionare l'O2 in modo così sensibile e che in O3 un'altra tecnologia pioniera del GEO600, la luce compressa, sarà impiegata in LIGO e Virgo."
Con questi aggiornamenti e l'aggiunta di KAGRA, molte decine di eventi GW derivanti dalla fusione di sistemi binari sono previsti nei prossimi anni. Questi ultimi risultati offrono inoltre un'ulteriore convalida degli strumenti degli osservatori LIGO e Virgo, nonché l'efficacia della collaborazione internazionale dietro di essi.
E con l'individuazione di altri quattro eventi GW, il numero di casi studio a cui gli scienziati possono trarre spunti è cresciuto di quasi il 50%. In tal modo, saranno in grado di saperne di più sulla popolazione di sistemi binari che causano eventi GW, per non parlare della velocità con cui si verificano questi tipi di fusioni.
I risultati delle ricerche del team sono stati anche presentati in due articoli recentemente apparsi online. Il primo documento, “GWTC-1: un catalogo transitorio di onde gravitazionali di concentrazioni binarie compatte osservato da LIGO e Virgo durante la prima e la seconda osservazione, presenta un catalogo dettagliato di tutte le rilevazioni di onde gravitazionali.
Il secondo documento, "Proprietà binarie della popolazione del buco nero dedotte dalla prima e dalla seconda serie di osservazioni di Advanced LIGO e Advanced Virgo", descrive le caratteristiche della fusione della popolazione del buco nero. LIGO è finanziato dalla National Science Foundation (NSF) e gestito da Caltech e dal Massachusetts Institute of Technology (MIT).
