Quattro nuovi rilevamenti di onde gravitazionali sono stati annunciati al Gravitational Waves Physics and Astronomy Workshop, presso l'Università del Maryland negli Stati Uniti.

Questo porta il numero totale di rilevamenti a 11, dal primo nel 2015.

Dieci provengono da fusioni binarie di buchi neri e uno dalla fusione di due stelle di neutroni, che sono i densi resti di esplosioni stellari. Una fusione di buchi neri era straordinariamente distante, e la più potente esplosione mai osservata in astronomia.

L'ultima notizia arriva solo un mese dopo che erano stati sollevati dubbi sulla rilevazione iniziale. Alla fine di ottobre un articolo su New Scientist, titolato Esclusivo:gravi dubbi sulla scoperta delle onde gravitazionali da parte di LIGO, ha sollevato l'idea che "potrebbe essere stata un'illusione".

Quindi, quanto siamo sicuri di rilevare le onde gravitazionali, e non vedere un'illusione?

Aperto al controllo

Tutti i buoni scienziati comprendono che il controllo e lo scetticismo sono il potere della scienza. Tutte le teorie e tutte le conoscenze sono provvisorie, mentre la scienza si avvicina lentamente alla nostra migliore comprensione della verità. Non c'è certezza, solo probabilità e significatività statistica.

Anni fa, il team alla ricerca di onde gravitazionali con il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), determinato i livelli di significatività statistica necessari per presentare una richiesta di rilevamento.

Per ogni segnale determiniamo il tasso di falsi allarmi. Questo ti dice quanti anni dovresti aspettare prima di avere anche la possibilità che un segnale casuale mimi il tuo segnale reale.

Il segnale più debole rilevato finora ha un tasso di falsi allarmi di uno ogni cinque anni, quindi c'è ancora la possibilità che possa essere stato accidentale.

Altri segnali sono molto più forti. Per i tre segnali più forti rilevati finora bisognerebbe aspettare da 1, Da 000 volte a 10 miliardi di miliardi di volte l'età dell'universo perché i segnali si verifichino per caso.

Sapere cosa ascoltare

Il rilevamento delle onde gravitazionali è un po' come l'ornitologia acustica.

Immagina di studiare gli uccelli e di voler determinare la popolazione di uccelli in una foresta. Conosci i richiami delle varie specie di uccelli.

Quando il richiamo di un uccello corrisponde al tuo richiamo predeterminato, salti di eccitazione. Il suo volume ti dice quanto è lontano. Se era molto debole contro il rumore di fondo, potresti essere incerto.

Ma devi considerare gli uccelli lira che imitano altre specie. Come fai a sapere che il suono di un kookaburra non è effettivamente prodotto da un uccello lira? Devi essere molto rigoroso prima di poter affermare che c'è un kookaburra nella foresta. Anche allora sarai in grado di essere sicuro solo se effettuerai ulteriori rilevamenti.

Nelle onde gravitazionali utilizziamo suoni memorizzati chiamati modelli. C'è un suono unico per la fusione di ogni possibile combinazione di masse e spin del buco nero. Ogni modello viene elaborato utilizzando la teoria dell'emissione di onde gravitazionali di Einstein.

Nella caccia alle onde gravitazionali, stiamo cercando questi suoni rari utilizzando due rilevatori LIGO negli Stati Uniti e un terzo rilevatore, Vergine, in Italia.

Per evitare di perdere segnali o dichiarare falsi positivi, è necessario il massimo rigore per analizzare i dati. Enormi team controllano i dati, cercare i difetti, criticarsi a vicenda, rivedere i codici dei computer e infine rivedere le pubblicazioni proposte per verificarne l'accuratezza. Team separati utilizzano metodi di analisi diversi, e infine confrontare i risultati.

Poi viene la riproducibilità:lo stesso risultato registrato più e più volte. La riproducibilità è una componente critica della scienza.

I segnali rilevati

Prima che LIGO facesse il suo primo annuncio pubblico sulle onde gravitazionali, erano stati rilevati altri due segnali, ciascuno di essi è stato rilevato da due rilevatori. Questo ha aumentato la nostra fiducia e ci ha detto che c'è una popolazione di buchi neri in collisione là fuori, non solo un singolo evento che potrebbe essere qualcosa di spurio.

La prima onda gravitazionale rilevata era sorprendentemente rumorosa e corrispondeva a un modello predeterminato. È stato così bello che LIGO ha trascorso molte settimane cercando di capire se fosse possibile che fosse uno scherzo, iniettato deliberatamente da un hacker.

Mentre gli scienziati di LIGO alla fine si sono convinti che l'evento fosse reale, ulteriori scoperte hanno notevolmente aumentato la nostra fiducia. Ad agosto 2017 è stato rilevato un segnale dai due rilevatori LIGO e dal rilevatore Virgo in Italia.

Il 17 agosto dello scorso anno una situazione completamente diversa, ma il tipo di segnale previsto da tempo è stato osservato da una coppia di stelle di neutroni coalescenti, accompagnato dal previsto scoppio di raggi gamma e luce.

Le fusioni dei buchi neri

Ora la collaborazione LIGO-Virgo ha completato l'analisi di tutti i dati da settembre 2015.

Per ogni segnale determiniamo la massa dei due buchi neri in collisione, la massa del nuovo buco nero che creano, e piuttosto approssimativamente, la distanza e la direzione.

Ogni segnale è stato visto in due o tre rivelatori quasi contemporaneamente (erano separati da millisecondi).

Otto dei 20 buchi neri iniziali hanno masse comprese tra 30 e 40 soli, sei sono negli anni '20, tre sono adolescenti e solo due hanno un minimo di 7-8 soli. Solo uno è vicino a 50, il più grande buco nero pre-collisione mai visto.

Questi sono i numeri che ci aiuteranno a capire dove sono stati creati tutti questi buchi neri, come sono stati fatti, e quanti sono là fuori. Per rispondere a queste grandi domande abbiamo bisogno di molti più segnali.

Il più debole dei nuovi segnali, GW170729, è stato rilevato il 29 luglio 2017. È stata la collisione di un buco nero 50 volte la massa del sole, con altre 34 volte la massa del sole.

Questo è stato di gran lunga l'evento più lontano, avendo avuto luogo, più probabilmente, 5 miliardi di anni fa - prima della nascita della Terra e del sistema solare 4,6 miliardi di anni fa. Nonostante il segnale debole, è stata la più potente esplosione gravitazionale scoperta, finora.

Ma poiché il segnale era debole, questa è la rilevazione con il tasso di falsi allarmi di uno ogni cinque anni.

LIGO e Virgo stanno migliorando la loro sensibilità di anno in anno, e troverai molti altri eventi.

Con i nuovi rivelatori pianificati prevediamo una sensibilità dieci volte maggiore. Quindi prevediamo di rilevare nuovi segnali circa ogni cinque minuti.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.