Scritto: Giovedì, 13 Giugno 2019 09:53 Ultima modifica: Martedì, 16 Luglio 2019 21:04

Rilevazione di Onde Gravitazionali


Stato della rivelazione di probabili Onde Gravitazionali da parte di Virgo e Ligo (aggiornato al 16 luglio ore 21)

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Uno dei due bracci dell'interferometro Virgo (Cascina, PI) e, in alto, una rappresentazione artistica dell'onda gravitazionale prodotta da due buchi neri in procinto di fondersi. Uno dei due bracci dell'interferometro Virgo (Cascina, PI) e, in alto, una rappresentazione artistica dell'onda gravitazionale prodotta da due buchi neri in procinto di fondersi. Credits: EGO/Virgo - Processing: Marco Di Lorenzo

 Non si rilevano nuovi segnali da 9,5 giorni e l'antenna Virgo è tornata a funzionare a singhiozzo (Fig.3a). Le altre immagini non sono per ora aggiornate. 

 GW plot 190715

Fig.1) Data Source: Ligo-Virgo collaboration/GraceDB - Processing: Marco Di Lorenzo

 Il diagramma mostra con dei cerchi i singoli "super-eventi" confermati e di probabile origine astrofisica; i colori indicano la presunta sorgente, secondo la legenda nel riquadro (in alcuni casi i colori sono due poiché ci sono almeno due diversi meccanismi che spiegano la forma d'onda del segnale). In ascissa c'è la data di rilevazione (suddivisa per settimane) mentre in ordinata a sinistra c'è l'inverso del parametro FAR (False Alarm Rate), in scala logaritmica; di fatto è il tempo medio che bisognerebbe aspettare per vedere un segnale analogo a quello osservato come frutto del semplice rumore statistico. In pratica, più è alto il valore di 1/FAR, più il segnale è chiaro e inconfondibile; come si vede, il segnale più intenso risale alla seconda settimana di osservazione, con un valore 1/FAR estremamente alto (oltre un miliardo di volte l'età dell'Universo!); all'estremo inferiore, invece, ci sono numerosi eventi relativamente poco significativi, con un frequenza di falso allarme pari a uno ogni pochi anni (la soglia di rivelazione dovrebbe cadere intorno a FAR=1/anno). La curva rossa e il corrispondente asse sulla destra indicano invece il tasso di eventi medio registrato dall'inizio del ciclo osservativo.

 Gli stessi dati, insieme ad altre informazioni come la collocazione sulla sfera celeste e la distanza, sono riportati di seguito in forma di tabella (per ulteriori dettagli si veda questo articolo): 

 SE190707c

 La colonna "lasso" indica l'intervallo di tempo (in giorni) intercorso dal precedente segnale, i falsi allarmi (ritrattati poco dopo il loro annuncio) non sono inclusi. La posizione della sorgente è solo indicativa ed è una sorta di media pesata,nei casi in cui l'incertezza è alta; quest'ultima è espressa in gradi quadrati nelle due colonne "50% area" e "90% area", che si riferiscono alla probabilità di trovare effettivamente la sorgente. Le colonne relative al possibile meccanismo d'origine vanno interpretate come segue: BBH=Binary Black Hole, BNS=Binary Neutron Star; NSBH=Neutron-Star + Black Hole merging; Mass Gap=sistema con almeno un oggetto di massa compresa tra 3 e 5 masse solari; Terrestrial=sorgente non astrofisica (fluttuazione del rumore o altro); i valori di probabilità in stile italico sono desunti dal sottoscritto. Dall'ultima colonna si desume che le controparti elettromagnetiche, finora, non sono mai state trovate nel corso dell'attuale campagna, come invece era successo nel corso della precedente campagna, quasi 2 anni fa, quando si osservò in numerose bande l'emissione di una kilonova associata alla fusione tra stelle di neutroni.

 Qui sotto, il grafico dell'utilizzo orario delle tre principali antenne più la tedesca GEO (di generazione precedente e meno sensibile) negli ultimi giorni e nell'ultima settimana completata.

Segments Wk16a

Fig 2a) Utilizzo istantaneo delle tre antenne LIGO+Virgo+GEO nella settimana corrente (week 16, incompleta); i rettangoli colorati indicano i periodi dedicati ad osservazioni scientifiche - Data Source: Ligo-Virgo collaboration/gw-openscience.org - Processing: Marco Di Lorenzo

Segments Wk15c

Fig 2b) Utilizzo istantaneo delle tre antenne LIGO+Virgo+GEO nella settimana assata (week 15) - Data Source: Ligo-Virgo collaboration/gw-openscience.org - Processing: Marco Di Lorenzo

 Di seguito, le conseguenti performance osservative giornaliere e settimanali, intese come percentuali di tempo in cui le antenne erano effettivamente in ascolto (il cosiddetto "Duty Factor"). Le quattro curve/barre esprimono la percentuale di tempo in cui erano operative tutte e tre le antenne (in verde), oppure solo due/una/nessuna (blu/arancio/rosso). Come si vede, solo in rare occasioni si hanno tutte le antenne operanti per oltre il 90% del tempo durante le 24 ore. Da rimarcare, sulla destra del grafico settimanale più sotto, che la media integrata su tutto il periodo di osservazione O3 è comunque inferiore al 50% di osservazioni con tre interferometri, necessari per avere una buona localizzazione della sorgente nel cielo; invece, con un solo interferometro in funzione, solo un segnale particolarmente forte può essere rivelato perché non è possibile operare "in coincidenza" per scremare segnali spuri di origine terrestre e la sensibilità scende parecchio; anche la copertura fornita da una singola antenna sulla volta celeste è sacrificata. Sulla base di queste considerazioni, possiamo stimare che la frequenza reale di eventi con intensità medio-bassa deve essere significativamente maggiore di quella osservata, almeno il 20% in più.

 DF19Wk15

Fig.3) Duty Factor giornaliero nelle ultime 11 settimane - Data Source: Ligo-Virgo collaboration/gw-openscience.org - Processing: Marco Di Lorenzo

 DF wk15

Fig.4) Duty Factor settimanale (adesso sono indicate anche le percentuali settimanali) - Data Source: Ligo-Virgo collaboration/gw-openscience.org - Processing: Marco Di Lorenzo

 Infine, uno sguardo ai piani (indicativi) dei futuri cicli di osservazione; come si vede, il prossimo anno è prevista l'entrata in funzione del rivelatore giapponese KAGRA, l'unico sotterrano e criogenico, ottimo per studiare il merging tra stelle di neutroni:

timeline 3

Fig.5) Timeline delle osservazioni, con l'indicazione della distanza entro cui saranno rivelabili fusioni tra stelle di neutroni (BNS); la freccia rossa indica la data attuale - Credits: Abbott et al. / "Prospects for Observing and Localizing Gravitational-Wave Transients with Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA" / KAGRA-LIGO-Virgo collaborations - Update/improvements: Marco Di Lorenzo

 Su un orizzonte temporale più ampio (10-15 anni) ci sono almeno tre progetti di interferometria spaziale (LISA e altre due cinesi) e un grande osservatorio terrestre di nuova generazione (Einstein Telescope) che forse verrà realizzato in Sardegna. 

 

Riferimenti:

https://gracedb.ligo.org/latest/

https://www.gw-openscience.org/detector_status/day/

https://arxiv.org/pdf/1304.0670.pdf

Altre informazioni su questo articolo

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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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