La concezione di questo artista mostra due buchi neri che si fondono simili a quelli rilevati da LIGO. I buchi neri ruotano in modo non allineato, il che significa che hanno orientamenti diversi rispetto al movimento orbitale complessivo della coppia. LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet) Per la terza volta, gli scienziati hanno rilevato un rombo spaziotemporale causato da una violenta collisione di due buchi neri. L'Osservatorio delle onde gravitazionali dell'interferometro laser (LIGO) ha effettuato il rilevamento, determinando che i due buchi neri si sono fusi per creare un grande buco nero in una galassia a circa 3 miliardi di anni luce di distanza.
“Abbiamo osservato – il 4 gennaio, 2017 – un'altra massiccia coalescenza binaria buco nero-buco nero; l'in-spirale e la fusione dei buchi neri 20 e 30 volte la massa del nostro sole, "Dave Calzolaio, un ricercatore senior che lavora al Massachusetts Institute of Technology (MIT) e portavoce della LIGO Scientific Collaboration, ha detto ai giornalisti durante una conferenza stampa speciale mercoledì (31 maggio).
Questo gigantesco schianto di un buco nero ha creato un buco nero rotante ancora più massiccio, circa 49 volte la massa del nostro sole. In un istante, la massa equivalente doppia di quella del nostro sole è stata convertita direttamente in onde gravitazionali - producendo brevemente più energia di tutta l'energia che viene irradiata come luce da tutte le galassie dell'universo in qualsiasi momento, Dicono gli scienziati di LIGO.
I dettagli del rilevamento sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
Dopo molti anni di progettazione, sviluppo e costruzione, LIGO ha fatto le sue prime osservazioni nel 2002. Tuttavia, non è stato fino al 14 settembre, 2015, che è stata effettuata la prima rilevazione storica di onde gravitazionali, un evento chiamato "GW150914". Ciò è accaduto dopo che LIGO ha subito degli aggiornamenti (noti come Advanced LIGO) per aumentare la sua sensibilità. Quindi, un secondo rilevamento ("GW151226") seguì pochi mesi dopo dicembre, confermando che la prima scoperta non è stata un caso.
Ora, la LIGO Scientific Collaboration — che consiste di oltre mille scienziati in tutto il mondo — ha confermato la Terzo rilevamento delle onde gravitazionali ("GW170104"), il che significa che siamo all'apice di un tipo di astronomia completamente nuovo.
Tutte le onde gravitazionali rilevate finora sono state create dalla collisione di buchi neri di massa stellare di varie dimensioni. Questi sono buchi neri che sono da poche a qualche dozzina di volte la massa del nostro sole che si sono formati probabilmente dalla morte di stelle molto massicce dopo che avevano esaurito il carburante ed erano esplose come supernove miliardi di anni fa. Advanced LIGO ha raggiunto un bivio nella nostra ricerca di onde gravitazionali, raggiungendo finalmente una sensibilità in grado di rilevare quando si scontrano buchi neri molto distanti, creando deboli onde gravitazionali che ora sappiamo riempire il nostro universo.
Gli eventi del 2015 sono stati causati da fusioni che hanno creato buchi neri di 62 e 21 masse solari in galassie distanti 1,3 e 1,4 miliardi di anni luce, rispettivamente. (Nota:poiché le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce, queste fusioni sono avvenute tra 1,3 e 1,4 miliardi di anni fa .) Quest'ultimo rilevamento è nato da una fusione che ha creato un buco nero di 49 masse solari (un altro buco nero "pesante" come il primo), ma la fusione è avvenuta a distanza doppia rispetto agli eventi precedenti.
"Ciò significa che ora abbiamo un secondo candidato nella categoria dei buchi neri "pesanti", "dice Bangalore Sathyaprakash, della Penn State e della Cardiff University e membro della LIGO Scientific Collaboration.
LIGO ha scoperto una nuova popolazione di buchi neri con masse più grandi di quanto visto prima con i soli studi a raggi X (viola). I tre rilevamenti confermati da LIGO (GW150914, GW151226, GW170104), e un rilevamento di bassa confidenza (LVT151012), indicano una popolazione di buchi neri binari di massa stellare che, una volta uniti, sono più grandi di 20 masse solari, più grandi di quanto si conoscesse prima. LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet) Questo è importante in quanto, prima che LIGO facesse il suo primo rilevamento (un buco nero di massa solare 62) e il suo più recente (un buco nero di massa solare 49), non c'erano prove osservative che questi grandi buchi neri esistessero. Questa è un'incredibile scoperta precoce. Gli scienziati hanno rivelato un nuovo tipo di grande buco nero in soli tre rilevamenti.
Le cose stanno per diventare ancora più eccitanti poiché LIGO subisce ulteriori aggiornamenti pianificati e altri osservatori si uniscono alla caccia alle onde gravitazionali.
"Dovremmo aspettarci di vedere un evento di fusione binaria al giorno una volta raggiunta la sensibilità progettata da LIGO, "dice Sathyaprakash.
Quando vengono rilevate onde gravitazionali, è possibile studiare le condizioni dei buchi neri in collisione al momento della fusione.
"Nella nostra analisi, non possiamo misurare molto bene gli spin dei singoli buchi neri, ma possiamo dire se i buchi neri ruotano generalmente nella stessa direzione del movimento orbitale, "dice l'astrofisica Laura Cadonati, Vice portavoce della LIGO Scientific Collaboration di Georgia Tech.
Ma un'idea della rotazione dei singoli buchi neri l'uno rispetto all'altro può essere ottenuta studiando l'"impronta digitale" del segnale dell'onda gravitazionale, dice Cadonati.
I modelli teorici di fusione dei buchi neri indicano che se gli spin dei due buchi neri non sono allineati, l'evento di fusione avverrà più velocemente che se i giri sono allineati. Anche, ulteriori oscillazioni nel segnale sono previste quando due buchi neri allineati allo spin si avvicinano e iniziano a fondersi.
I buchi neri allineati allo spin erano probabilmente stelle gemelle. Entrambi sarebbero nati da stelle massicce che si sono evolute nelle immediate vicinanze in antiche fabbriche stellari come una coppia binaria, alla fine muoiono come supernova.
Ma in questo evento più recente, la fusione è avvenuta in tempi relativamente brevi e non sono state osservate ulteriori oscillazioni, il che significa che i due buchi neri erano probabili non allineati allo spin e probabilmente non si sono formati insieme. Questo dà un indizio sulla loro origine:invece di essere formati da stelle binarie sorelle, erano estranei e si sono evoluti in modo indipendente, alla deriva l'uno verso l'altro al centro di un denso ammasso stellare dove alla fine si sono uniti.
"Questo ha implicazioni per l'astrofisica... anche se non possiamo dirlo con certezza, questa scoperta probabilmente favorisce la teoria che questi due buchi neri si siano formati separatamente in un denso ammasso stellare, affondò al centro del grappolo e poi si accoppiarono, piuttosto che formarsi insieme dal collasso di due stelle già accoppiate, "aggiunge Cadonati.
Poiché i buchi neri sono mostri gravitazionali, sono governati dalla relatività generale di Einstein, quindi studiando le onde gravitazionali che producono quando si scontrano, gli scienziati possono anche studiare le onde per un effetto noto come "dispersione". Per esempio, quando la luce viaggia attraverso un prisma, le diverse lunghezze d'onda viaggeranno a velocità diverse attraverso il vetro. Ciò causa la dispersione nel raggio di luce:questo è il meccanismo che crea un arcobaleno.
La relatività generale vieta che la dispersione accada alle onde gravitazionali, però. Questo ultimo segnale ha viaggiato attraverso un record di 3 miliardi di anni luce di spazio-tempo per raggiungere la Terra, e LIGO non ha rilevato alcun effetto di dispersione.
"Sembra che Einstein avesse ragione, anche per questo nuovo evento, che è circa due volte più lontano del nostro primo rilevamento, " dice Cadonati in una dichiarazione. "Non possiamo vedere alcuna deviazione dalle previsioni della relatività generale, e questa maggiore distanza ci aiuta a fare questa affermazione con più sicurezza".
La famosa teoria della relatività generale di Einstein predice l'esistenza delle onde gravitazionali, ma l'umanità ha impiegato più di un secolo per sviluppare il know-how tecnologico per costruire un rivelatore abbastanza sensibile da percepirli. Quando si verifica un evento energetico (come una fusione di buchi neri o una collisione di stelle di neutroni), lo spaziotempo viene violentemente disturbato e l'energia viene portata via dall'evento sotto forma di onde gravitazionali, come increspature che viaggiano sulla superficie dell'acqua dopo aver lasciato cadere un sassolino in uno stagno.
Una simulazione matematica dello spaziotempo deformato vicino a due buchi neri che si fondono, coerente con l'osservazione di LIGO dell'evento denominato GW170104. Le bande colorate sono picchi e depressioni di onde gravitazionali, con i colori che diventano più luminosi all'aumentare dell'ampiezza dell'onda. Collaborazione LIGO/Caltech/MIT/SXS Ma per rilevare queste onde, gli astronomi devono costruire un osservatorio in grado di rilevare oscillazioni incredibilmente minuscole nel tessuto dello spaziotempo mentre queste onde viaggiano attraverso il nostro pianeta. Le onde gravitazionali non fanno parte dello spettro elettromagnetico; non possono essere rilevati dai normali telescopi sensibili solo alla luce.
Per aprire la finestra su questo "universo oscuro, " i fisici costruiscono rilevatori di onde gravitazionali come LIGO che riflettono laser incredibilmente precisi lungo tunnel a forma di "L" lunghi 4 chilometri e mezzo. Questi tunnel sono schermati dalle vibrazioni esterne causate dal vento, traffico, attività tettonica e altre interferenze terrestri. Attraverso un metodo noto come interferometria laser, la distanza tra gli specchi riflettenti all'interno del tunnel può essere misurata con una precisione molto elevata. Se un'onda gravitazionale attraversasse il nostro pianeta, un minuscolo cambiamento di distanza può essere registrato dall'interferometro:questo rappresenta il minimo schiacciamento e allungamento dello spaziotempo che si verifica quando le onde gravitazionali si propagano.
È come se i fisici avessero creato un tripwire virtuale che ci avvisa quando un invisibile intruso di onde gravitazionali rimbomba nello spaziotempo locale.
Un rivelatore non è sufficiente per confermare un evento di onde gravitazionali, però. Nel caso di LIGO, un rivelatore si trova ad Hanford, Washington, e un altro si trova a Livingston, Louisiana - separati da 1, 865 miglia (3, 002 chilometri). Solo quando lo stesso evento viene rilevato da entrambe le posizioni gli scienziati possono confermare un segnale di onde gravitazionali. Due rilevatori possono persino determinare una direzione approssimativa da dove proveniva l'onda, ma se si aggiungono più rilevatori alla rete, gli astronomi sperano di individuare alla fine, con crescente precisione, dove hanno origine.
Sono previsti più osservatori di onde gravitazionali, e il rilevatore di Vergine europeo, situato vicino a Pisa, Italia, è attualmente in fase di messa in servizio. Una volta in linea, Virgo sarà utilizzato insieme a LIGO per aumentare il potere di osservazione delle onde gravitazionali e consentire una migliore localizzazione degli eventi cosmici che causano i segnali.
Ora che l'esistenza delle onde gravitazionali è stata confermata, e gli astronomi stanno rilevando più fusioni di buchi neri, stiamo entrando in una nuova era per l'astronomia. Questa è l'astronomia delle onde gravitazionali, dove l'universo oscuro sarà finalmente rivelato.
Ora è interessantePrima che arrivasse LIGO, Gli osservatori a raggi X avevano individuato alcuni buchi neri di massa stellare più piccoli studiando la radiazione prodotta dai gas surriscaldati del disco di accrescimento che li circondavano.
