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.
Tuttavia, secondo un team di astronomi di Glasgow e dell'Arizona, gli astronomi non devono limitarsi a rilevare le onde causate da enormi fusioni gravitazionali. Secondo uno studio recentemente prodotto, la rete di rivelatori di onde gravitazionali Advanced LIGO, GEO 600 e Virgo potrebbe anche rilevare le onde gravitazionali create dalla supernova. In tal modo, gli astronomi saranno in grado di vedere per la prima volta dentro i cuori delle stelle che collassano.
Lo studio, intitolato "Inferimento del meccanismo di esplosione del nucleo-collasso della supernova con simulazioni di onde gravitazionali tridimensionali", è recentemente apparso online. Guidato da Jade Powell, che ha recentemente terminato il suo dottorato di ricerca presso l'Institute for Gravitational Research dell'Università di Glasgow, il team sostiene che gli attuali esperimenti sulle onde gravitazionali dovrebbero essere in grado di rilevare le onde create dal Core Collapse Supernovae (CSNe).
Altrimenti noto come supernovae di tipo II, CCSNe è ciò che accade quando una stella massiccia raggiunge la fine della sua vita e subisce un rapido collasso. Ciò innesca una massiccia esplosione che spazza via gli strati esterni della stella, lasciando dietro di sé una stella di neutroni residua che alla fine potrebbe diventare un buco nero. Affinché una stella subisca un tale collasso, deve essere almeno 8 volte (ma non più di 40-50 volte) la massa del Sole.
Quando si verificano questi tipi di supernovae, si ritiene che i neutrini prodotti nel trasferimento del nucleo dell'energia gravitazionale rilasciata dal collasso del nucleo verso le regioni esterne più fredde della stella. La dott.ssa Powell e i suoi colleghi ritengono che questa energia gravitazionale possa essere rilevata usando strumenti attuali e futuri. Come spiegano nel loro studio:
"Sebbene nessun CCSNe sia stato attualmente rilevato dai rivelatori di onde gravitazionali, studi precedenti indicano che una rete di rivelatori avanzata può essere sensibile a queste fonti verso la Grande nube di Magellano (LMC). Un CCSN sarebbe una fonte multi-messenger ideale per aLIGO e AdV, poiché ci si aspetterebbe neutrino e controparti elettromagnetiche del segnale. Le onde gravitazionali vengono emesse dal profondo all'interno del nucleo di CCSNe, il che può consentire di misurare parametri astrofisici, come l'equazione di stato (EOS), dalla ricostruzione del segnale delle onde gravitazionali ".
La dott.ssa Powell e lei delineano anche una procedura nel loro studio che potrebbe essere implementata usando il modello Supernova Evidence Extractor (SMEE). Il team ha quindi condotto simulazioni utilizzando gli ultimi modelli tridimensionali delle supernovae di collasso del nucleo delle onde gravitazionali per determinare se il rumore di fondo potesse essere eliminato e il corretto rilevamento dei segnali CCSNe.
Come il dottor Powell ha spiegato a Space Magazine via e-mail:
“L'estrattore di prove del modello Supernova (SMEE) è un algoritmo che utilizziamo per determinare in che modo le supernova ottengono l'enorme quantità di energia necessaria per esplodere. Utilizza le statistiche bayesiane per distinguere tra diversi possibili modelli di esplosione. Il primo modello che consideriamo nel documento è che l'energia di esplosione proviene dai neutrini emessi dalla stella. Nel secondo modello l'energia di esplosione proviene da una rapida rotazione e da campi magnetici estremamente potenti. "
Da questo, il team ha concluso che in una rete a tre rilevatori i ricercatori potevano determinare correttamente la meccanica dell'esplosione per le supernovae a rotazione rapida, a seconda della loro distanza. A una distanza di 10 kiloparsecs (32.615 anni luce) sarebbero in grado di rilevare segnali di CCSNe con una precisione del 100% e segnali a 2 kiloparsecs (6.523 anni luce) con una precisione del 95%.
In altre parole, se e quando si verifica una supernova nella galassia locale, la rete globale formata dai rilevatori di onde gravitazionali Advanced LIGO, Virgo e GEO 600 avrebbe un'ottima possibilità di captarla. Il rilevamento di questi segnali consentirebbe anche una certa scienza rivoluzionaria, consentendo agli scienziati di "vedere" l'interno delle stelle che esplodono per la prima volta. Come ha spiegato il dottor Powell:
“Le onde gravitazionali vengono emesse dal profondo all'interno del nucleo della stella dove nessuna radiazione elettromagnetica può sfuggire. Ciò consente a un rilevamento di onde gravitazionali di comunicarci informazioni sul meccanismo di esplosione che non possono essere determinate con altri metodi. Potremmo anche essere in grado di determinare altri parametri come la velocità di rotazione della stella. "
La dott.ssa Powell, dopo aver recentemente completato il suo dottorato di ricerca, assumerà anche una posizione post-dottorato presso il Centro di eccellenza RC per Gravitational Wave Discovery (OzGrav), il programma di onde gravitazionali ospitato dall'Università di Swinburne in Australia. Nel frattempo, lei e i suoi colleghi condurranno alla ricerca mirata di supernovae che si sono verificate durante il primo e il secondo osservatore avanzato osservando le corse.
Sebbene a questo punto non vi siano garanzie che troveranno i segnali desiderati che dimostrerebbero che le supernovae sono rilevabili, la squadra ha grandi speranze. E date le possibilità che questa ricerca offre per l'astrofisica e l'astronomia, non sono quasi sole!
