I ricercatori dell'Istituto di cosmologia e gravitazione (ICG) dell'Università di Portsmouth hanno contribuito a rilevare un notevole segnale di onde gravitazionali, che potrebbe contenere la chiave per risolvere un mistero cosmico.
La scoperta fa parte dell'ultima serie di risultati annunciati dalla collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA, che comprende più di 1.600 scienziati da tutto il mondo, inclusi membri dell'ICG, che cerca di rilevare le onde gravitazionali e usarle per l'esplorazione dei fondamenti della Terra. scienza.
Nel maggio 2023, poco dopo l'inizio del quarto ciclo osservativo LIGO-Virgo-KAGRA, il rilevatore LIGO Livingston in Louisiana, Stati Uniti, ha osservato un segnale di onde gravitazionali proveniente dalla collisione di quella che molto probabilmente è una stella di neutroni con un oggetto compatto che è da 2,5 a 4,5 volte la massa del nostro sole.
Le stelle di neutroni e i buchi neri sono entrambi oggetti compatti, i densi resti di massicce esplosioni stellari. Ciò che rende intrigante questo segnale, chiamato GW230529, è la massa dell’oggetto più pesante. Rientra in un possibile gap di massa tra le stelle di neutroni più pesanti conosciute e i buchi neri più leggeri. Il segnale delle onde gravitazionali da solo non può rivelare la natura di questo oggetto. Futuri rilevamenti di eventi simili, in particolare quelli accompagnati da esplosioni di radiazioni elettromagnetiche, potrebbero aiutare a risolvere questo problema.
"Questa rilevazione, il primo dei nostri entusiasmanti risultati del quarto ciclo di osservazione LIGO-Virgo-KAGRA, rivela che potrebbe esserci un tasso più elevato di collisioni simili tra stelle di neutroni e buchi neri di piccola massa di quanto pensassimo in precedenza", afferma il dottor Jess. McIver, professore assistente presso l'Università della British Columbia e vice portavoce della collaborazione scientifica LIGO.
Poiché questo evento è stato osservato da un solo rilevatore di onde gravitazionali, valutare se sia reale o meno diventa più difficile.
Il dottor Gareth Cabourn Davies, un ingegnere di software di ricerca presso l'ICG, ha sviluppato gli strumenti utilizzati per cercare eventi in un singolo rilevatore. Ha detto:"Confermare gli eventi vedendoli in più rilevatori è uno dei nostri strumenti più potenti per separare i segnali dal rumore. Utilizzando modelli appropriati del rumore di fondo, possiamo giudicare un evento anche quando non abbiamo un altro rilevatore su cui appoggiarci". ciò che abbiamo visto."
Prima della rilevazione delle onde gravitazionali nel 2015, le masse dei buchi neri di massa stellare venivano trovate principalmente utilizzando osservazioni nei raggi X, mentre le masse delle stelle di neutroni venivano trovate utilizzando osservazioni radio. Le misurazioni risultanti rientravano in due intervalli distinti con un divario tra loro compreso tra circa due e cinque volte la massa del nostro sole. Nel corso degli anni, un piccolo numero di misurazioni ha violato il gap di massa, che rimane molto dibattuto tra gli astrofisici.
L'analisi del segnale GW230529 mostra che proviene dalla fusione di due oggetti compatti, uno con una massa compresa tra 1,2 e 2,0 volte quella del nostro sole e l'altro poco più del doppio della massa.
Sebbene il segnale delle onde gravitazionali non fornisca informazioni sufficienti per determinare con certezza se questi oggetti compatti siano stelle di neutroni o buchi neri, sembra probabile che l’oggetto più leggero sia una stella di neutroni e l’oggetto più pesante un buco nero. Gli scienziati della collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA sono fiduciosi che l'oggetto più pesante si trovi all'interno del gap di massa.
Le osservazioni delle onde gravitazionali hanno finora fornito quasi 200 misurazioni delle masse degli oggetti compatti. Di queste, solo un'altra fusione potrebbe aver coinvolto un oggetto compatto con gap di massa:il segnale GW190814 proveniva dalla fusione di un buco nero con un oggetto compatto che superava la massa delle stelle di neutroni più pesanti conosciute e forse all'interno del gap di massa.
"Mentre precedenti prove di oggetti con gap di massa sono state riportate sia nelle onde gravitazionali che elettromagnetiche, questo sistema è particolarmente interessante perché è il primo rilevamento di onde gravitazionali di un oggetto con gap di massa accoppiato con una stella di neutroni", afferma la dott.ssa Sylvia Biscoveanu dalla Northwestern University. "L'osservazione di questo sistema ha importanti implicazioni sia per le teorie dell'evoluzione binaria che per le controparti elettromagnetiche delle fusioni di oggetti compatti."
Si prevede che la quarta sessione di osservazione durerà 20 mesi, compresi un paio di mesi di pausa per effettuare la manutenzione dei rilevatori e apportare una serie di miglioramenti necessari. Entro il 16 gennaio 2024, quando è iniziata l’attuale pausa, erano stati identificati un totale di 81 segnali candidati significativi. GW230529 è il primo di questi ad essere pubblicato dopo un'indagine approfondita.
La quarta sessione di osservazione riprenderà il 10 aprile 2024 con i rilevatori LIGO Hanford, LIGO Livingston e Virgo che opereranno insieme. La corsa continuerà fino a febbraio 2025 senza ulteriori interruzioni pianificate nell'osservazione.
Mentre il ciclo di osservazione continua, i ricercatori di LIGO-Virgo-KAGRA stanno analizzando i dati della prima metà del ciclo e controllando i restanti 80 segnali candidati significativi che sono già stati identificati. Entro la fine del quarto ciclo di osservazione nel febbraio 2025, il numero totale di segnali di onde gravitazionali osservati dovrebbe superare i 200.
È stato pubblicato un documento di lavoro che descrive i risultati insieme a una sintesi.
Ulteriori informazioni: Articolo:Osservazione delle onde gravitazionali dalla coalescenza di un oggetto compatto di 2,5-4,5 M⊙ e una stella di neutroni
Riassunto della ricerca:GW230529:Osservazione della fusione di una stella di neutroni e di un oggetto compatto sconosciuto
Fornito dall'Università di Portsmouth
