Scritto: Domenica, 08 Maggio 2022 11:49 Ultima modifica: Domenica, 08 Maggio 2022 18:21

La famiglia di Onde Gravitazionali cresce ancora


Scovati altri 11 probabili eventi di "black-hole merging" nei vecchi dati Ligo-Virgo, mentre si scaldano i motori per la nuova campagna di osservazioni

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Masse di tutti gli eventi di merging osservati durante la campagna O3 (in alto) e i corpi collassati già noti per la loro emissione elettromagnetica. Sono esclusi i nuovi eventi discussi in questo articolo.
Masse di tutti gli eventi di merging osservati durante la campagna O3 (in alto) e i corpi collassati già noti per la loro emissione elettromagnetica. Sono esclusi i nuovi eventi discussi in questo articolo.
Credits: Ligo/Virgo/EGO

 La collaborazione LVK, formata dalle due antenne americane LIGO, l'italiana Virgo e la giapponese KAGRA, ha finora portato a catalogare 90 eventi di onde gravitazionali, quasi tutti costituiti dalla fusione di due buchi neri. Questi sono gli eventi "ufficiali", contenuti nel "Third Gravitational-wave Transient Catalog" (GWTC-3), ma i ricercatori LVK non sono gli unici ad analizzare i dati che sono disponibili per tutta la comunità scientifica. Altri scienziati e gruppi indipendenti si sono cimentati con le proprie tecniche di analisi e uno di questi, un gruppo internazionale con quartier generale presso l'Institute for Advanced Studies (IAS) nel New Jersey, già nel 2019 aveva scoperto sette fusioni aggiuntive dal secondo ciclo di osservazione. 

 Adesso lo stesso gruppo di ricercatori ha dato un'occhiata ai dati raccolti dai due rivelatori LIGO durante alla prima metà del terzo ciclo di osservazione (O3a) tra aprile e ottobre 2019, Ebbene, ai 44 eventi già noti in quel periodo, questa analisi ha aggiunto ben 10 nuove fusioni candidate e ne ha anche recuperato una precedentemente respinta. Tuttavia, non è corretto aggiungere semplicemente questi 11 eventi ai 90 già noti, perchè.la metodologia di ricerca è diversa.

GW Mergers Poster.v5

Una sorta di "tavola degli elementi" degli eventi di merging LVK, rivelati nelle tre campagne osservative, con la legenda riportata in basso a sinistra- - Credits: LVK consortium

 I ricercatori rilevano il passaggio di onde gravitazionali misurando lo stiramento e la compressione infinitesimali che esse producono dello spazio-tempo, usando enormi strumenti su scala chilometrica, detti interferometri. Queste oscillazioni sono dell'ordine di una parte su 10 −20, in proporzione la larghezza di un atomo di idrogeno rispetto alle dimensioni dell'orbita terrestre. Le onde quindi sono nascoste in mezzo al sovrastante rumore prodotto sia dal rivelatore che dall'ambiente circostante e il lavoro di estrarre il segnale utile dal rumore è proprio la parte più difficile. Per individuare i segnali, i ricercatori LVK hanno usato diverse pipeline, sequenze di processi informatici che puliscono e valutano i dati. Alcune pipeline si basano su banche di modelli, vaste librerie di potenziali forme di segnale che gli astrofisici hanno calcolato a priori per diversi tipi di eventi. Altre pipeline adottano un approccio più agnostico, semplicemente cercando un eccesso invece di segnali specifici ipotizzati in anticipo.

 Le scelte fatte in queste pipeline determinano quali e quanti segnali vengono estratti e, parlando ad esempio delle ipotesi sull'intervallo di rotazione degli oggetti orbitanti all'origine del segnale di merging, gli algoritmi di LVK favoriscono gli spin più piccoli nei loro rilevamenti. La pipeline IAS ha una migliore efficienza di calcolo, ma finisce per ignorare alcuni degli eventi "rumorosi", in favore di segnali più "puliti" o "silenziosi"; una serie di ipotesi rende IAS meno sensibile agli eventi più probabili ma più sensibile a quelli esotici, ha spiegato uno degli autori (S.Olsen) durante una conferenza stampa.

 Grazie a queste scelte, la pipeline IAS ha ignorato sei eventi riconosciuti precedentemente da LVK nel set O3a ma ne ha guadagnati 11. Va però sottolineato che, statisticamente è probabile che tre delle nuove rilevazioni siano attribuibili a rumore casuale, ma non sappiamo quali. Un team indipendente ha trovato ulteriori fusioni di buchi neri nei dati LIGO.

New IAS events

Elenco dei nuovi eventi riportati da IAS; m1 e m2 sono le masse dei due progenitori in Masse Solari mentre z è il red-shift presunto e IFAR è la frequenza con cui siili eventi si dovrebbero presentare per effetto delle fluttuazioni casuali - Crediti: S.Olsen, "New binary black hole mergers in the LIGO–Virgo O3a data"

 Prima delle scoperte delle onde gravitazionali, gli astronomi si aspettavano che i buchi neri avessero masse comprese tra 5 e 50 masse solari. Il limite inferiore è vago ed empirico, deriva semplicemente dal fatto che non abbiamo molti buchi neri più piccoli; invece il limite superiore è basato sulla fisica stellare: probabilmente, le stelle abbastanza massicce da creare un buco nero di 50÷120 masse solari non lo faranno e si disintegrano completamente.

 I rilevamenti LVK includono qualche esemplare di oggetti al di fuori di questi limiti e, tra i candidati IAS, circa 1/3 sono al di fuori. Questi includono GW190711_030756, la fusione di un buco nero di circa 80 masse solari con uno di 18 masse solari, e GW190704_104834, in cui un buco nero di 7 masse solari si è fuso con un oggetto di 3,2 masse solari (che potrebbe essere anche una stella di neutroni).  Il numero ridotto di oggetti di piccola massa pongono la questione se sia dovuto alla difficoltà di creare stelle meno massicce o se sia dovuto al modo in cui  le stelle terminano la loro vita esplodendo. D'altro canto, i grossi buchi neri potrebbero essere il sottoprodotto di precedenti generazioni di fusioni, oppure potrebbero indicare che le reazioni di fusione nucleare all'interno delle stelle non sono così efficienti come pensiamo .

 La "pipeline IAS" ha anche individuato un evento candidato che ha coinvolto un grande buco nero che ruotava quasi perpendicolarmente attorno al suo compagno: GW190910_012619, con masse molto differenti (34 e 2,9 masse solari). "Sarebbe improbabile che siano due buchi neri rimasi insieme per tutta la loro vita", dice Olsen. Anche se abbiamo già visto esempi di rotazioni disallineate, questo è un caso drammatico e non lascia dubbi sul fatto che i due buchi neri si siano accoppiati in tarda età. L'idea che si tratti di un sistema binario nato da una cattura o dalla degenerazione di un sistema multiplo si scontra però con la probabilità estremamente bassa che ciò avvenga.

 Eventi esotici come questi sono fondamentali per districare come si formano i buchi neri binari e quanto grande o piccolo può essere un buco nero.

2022 plan

Copertura temporale delle 5 campagne di osservazione da parte delle 3 antenne attualmente esistenti, con indicazione del raggio d'azione nella rivelazione di fusione tra stelle di neutroni. - Credits: EGO consortium - Improvement: Marco Di Lorenzo

 Chiudiamo con il calendario aggiornato delle prossime campagne osservative LVK, riportato qui sopra e pubblicato meno di due mesi fa. Gli strumenti sono nelle ultime fasi di potenziamento e si prevede di poterli riaccendere all'unisono, il prossimo dicembre; la nuova campagna osservativa O4 dovrebbe durare circa un anno, come la precedente. Tuttavia, l'antenna giapponese funzionerà solo per poche settimane e poi verrà nuovamente fermata per permettere un netto incremento di sensibilità, rientrando in funzione solo nell'ultimo trimestre del 2024. L'antenna Virgo, situata non lontano da Pisa, riceverà un raddoppio nella sensibilità e un ulteriore raddoppio dovrebbe arrivare nell'ultimo run, la cui partenza è prevista per l'inizio del 2026; durante quella quinta campagna, si prevede di rivelare almeno un evento al giorno e, sul finire del decennio, questi rivelatori dovranno cedere il passo alle antenne di nuova generazione, come l'Einstein Observatory e LISA/NGO. Ma di tutto questo, parleremo in dettaglio in un futuro articolo...

Letto: 144 volta/e Ultima modifica Domenica, 08 Maggio 2022 18:21

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58 | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

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