Rappresentazione artistica di una collisione di una stella di neutroni. Una collisione con una stella di neutroni ha causato uno degli 11 segnali di onde gravitazionali rilevati finora. NASA/Swift/Dana Berry

È ufficiale:gli scienziati hanno rilevato così tanti segnali di onde gravitazionali che hanno bisogno di un catalogo speciale per tenerne traccia. Ma non è tutto. Ne hanno aggiunti quattro nuovo rilevazioni al conteggio, e uno di quei segnali era a Doppio Persona che infrange i record.

Prima di parlarvi del doppio smacco, un riassunto:il 14 settembre, 2015, l'Osservatorio delle onde gravitazionali dell'interferometro laser, o LIGO, rilevato il primo evento di onde gravitazionali causato dalla collisione di due buchi neri, situato a 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Questo riconoscimento da premio Nobel è stato un grosso problema. Ci sono voluti decenni di lavoro per costruire un osservatorio avanzato in grado di rilevare le minuscole increspature nello spaziotempo causate da alcuni degli eventi più energetici innescati dagli oggetti più massicci dell'universo. Da allora, il rivelatore della Vergine, vicino a Pisa, Italia, ha anche seguito questi eventi, aumentare la precisione dei rilevamenti delle onde gravitazionali.

LIGO e Virgo hanno anche rilevato il primo (e, attualmente, solo) fusione di stelle di neutroni il 17 agosto, 2017.

Finora, tutte le fusioni di buchi neri sono state tra buchi neri di massa stellare, o buchi neri che probabilmente si sono formati dopo stelle massicce, poche decine di volte la massa del nostro sole, morti come supernova. Contando il numero di collisioni di buchi neri, abbiamo aperto una squisita finestra sulla frequenza con cui i buchi neri binari di massa stellare si fondono nel nostro universo. Questo, per estensione, fornisce una stima di quanti buchi neri di massa stellare si nascondano là fuori. I nostri attuali rilevatori, però, non sono attrezzati per captare le onde gravitazionali prodotte dalle fusioni di buchi neri supermassicci.

Da Einstein ai buchi neri che vanno a sbattere nella notte

Albert Einstein predisse l'esistenza di queste onde nella sua storica teoria della relatività generale più di 100 anni fa, ma è solo ora che la tecnologia ha recuperato terreno. Dal 2015, i fisici hanno solidificato le previsioni di Einstein rilevando 11 eventi (10 da buchi neri binari e uno da stelle di neutroni binarie).

Puoi visualizzare le onde gravitazionali come increspature che si generano sulla superficie di uno stagno dopo che una pietra è caduta nel mezzo:la pietra rappresenta l'energia generata al momento della collisione tra buchi neri (o stelle di neutroni), e la superficie bidimensionale dello stagno è una rozza analogia delle tre dimensioni dello spazio. Le onde si propagano alla velocità della luce e quanto più massicci sono gli oggetti in collisione, più energia viene prodotta e quindi più potenti sono le onde. Mentre queste onde si increspano attraverso il nostro piccolo angolo di universo, interferometri ad onde gravitazionali estremamente sensibili (come LIGO e Virgo) possono rilevare una minuscola deformazione spazio-temporale al passaggio delle onde attraverso il nostro pianeta. Cosa c'è di più, i fisici possono analizzare queste onde per decifrare la natura degli oggetti in collisione, come quanto fossero massicci e quanto velocemente girassero prima di rompersi insieme.

È troppo presto per dire che l'astronomia delle onde gravitazionali è "routine, "ma man mano che vengono costruiti più osservatori in tutto il mondo, miglioreremo nell'individuare l'origine delle onde (la posizione nel cielo degli oggetti massicci in collisione) e nel rilevare eventi più deboli (e quindi più distanti e meno energetici).

"In un solo anno, LIGO e VIRGO che lavorano insieme hanno notevolmente avanzato la scienza delle onde gravitazionali, e il tasso di scoperta suggerisce che i risultati più spettacolari devono ancora venire, ", ha dichiarato Denise Caldwell in una dichiarazione. Caldwell è il direttore della divisione di fisica della National Science Foundation.

E, come abbiamo detto, alcune di queste nuove scoperte saranno da record, come GW170729, uno dei segnali appena annunciati che si è verificato il 29 luglio, 2017. Questo segnale è stato generato dalla collisione e dalla fusione di due buchi neri che hanno creato un unico buco nero 80 volte la massa del nostro sole. Lo scontro è avvenuto in una lontana galassia circa 5 miliardi di anni fa. Questo rende GW170729 il più massiccio e la più lontana fusione di buchi neri mai rilevata.

Ricorda come abbiamo detto che più grandi sono i buchi neri, più energica è la loro collisione? In fase di collisione, questa distruzione del buco nero ha convertito cinque masse solari di massa del buco nero in pura energia. Ecco perché il segnale era abbastanza potente da echeggiare attraverso l'universo, lavando la Terra 5 miliardi di anni dopo. Gli altri tre nuovi rilevamenti di onde gravitazionali (più piccoli e più vicini) includono segnali che sono stati tutti rilevati nel 2017 il 9 agosto. 18 e 23 — sono stati nominati GW170809, GW170818, e GW170823 rispettivamente. Questi nuovi rilevamenti sono dettagliati in due studi pubblicati sul servizio di prestampa arXiv.

Solo l'inizio

I buchi neri sono alcuni degli oggetti più enigmatici dell'universo. Sappiamo che sono là fuori, e ora abbiamo persino misurazioni dirette delle loro fusioni tramite le increspature gravitazionali che creano, ma molti misteri rimangono. Una delle più grandi scoperte che derivano da questo ultimo lotto di scoperte è che gli astrofisici possono stimare, per la prima volta, che tutti i buchi neri di massa stellare dovrebbero essere meno di 45 volte la massa del nostro sole quando emergono dalle loro supernove.

"Le onde gravitazionali ci danno una visione senza precedenti della popolazione e delle proprietà dei buchi neri, ", ha affermato il borsista post-dottorato Chris Pankow in una dichiarazione della Northwestern University e del Centro per l'esplorazione e la ricerca interdisciplinare in astrofisica (CIERA). "Ora abbiamo un quadro più nitido sia della frequenza con cui i buchi neri binari di massa stellare si fondono sia della loro massa. Queste misurazioni ci permetteranno inoltre di capire come nascono le stelle più massicce del nostro Universo, vivi e muori».

E indovina cosa? Questo è solo l'inizio. Altri osservatori di onde gravitazionali sono in programma in tutto il mondo (e nello spazio), e i rilevatori esistenti sono in fase di aggiornamento della sensibilità.

Tutte le indicazioni sono che il nuovo catalogo di onde gravitazionali crescerà rapidamente nei prossimi anni, facendo luce sugli eventi oscuri che si verificano negli angoli più remoti della distesa cosmica.

Ora è stellare

Sia LIGO che Virgo hanno completato le loro prime due sessioni dal 2015. Una terza sessione di osservazione dovrebbe iniziare all'inizio del 2019 dopo che saranno stati completati ulteriori aggiornamenti ai loro interferometri ultrasensibili.