Scritto: Giovedì, 13 Giugno 2019 09:53 Ultima modifica: Mercoledì, 18 Settembre 2019 18:57

Rilevazione di Onde Gravitazionali


Stato della rivelazione di probabili Onde Gravitazionali da parte di Virgo e Ligo (aggiornato al 18 Settembre, ore 18).

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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

 La venticinquesima settimana del ciclo O3 era iniziata meglio del solito in termini di efficienza, purtroppo oggi le due antenne LIGO appaiono completamente inattive, come se l'interruzione pianificata per il mese di Ottobre fosse stata anticipata...

Aggiornate le immagini 1a e 2a.

GW plot 190918 

Fig.1a) Segnali riportati a partire dalla quindicesima settimana del ciclo O3 - Data Source: Ligo-Virgo collabortion/GraceDB - Processing: Marco Di Lorenzo

 GW plot O3a

Fig.1b) Segnali riportati nelle prime 15 settimane del ciclo O3 (la prima settimana non appare poiché non ci sono segnali) - Data Source: Ligo-Virgo collabortion/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): 

 SE190916b

 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 evince 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.

 Rispetto alla situazione ottimale di 3 antenne funzionanti, l'efficienza di rivelazione si riduce intorno al 32% con due antenne e circa 13% con una sola antenna in funzione; questo lo si deduce considerando che, nei primi 164 giorni di osservazione, a fronte di 70 giorni cumulativi di osservazioni con 3 antenne, 62,5 con due antenne e 25,5 con una, nel primo caso sono stati rilevati 21 eventi mentre solo 6 sono stati osservati con 2 antenne e un evento con singola antenna. L'efficienza complessiva di rivelazione, complessivamente, è stata del 57% nei primi 164 giorni di attività.

 Sulla base di queste considerazioni, adesso è stata aggiunta nei seguenti grafici del "duty factor" anche la stima della efficienza giornaliera di rilevazione, che peraltro esibisce una ciclicità settimanale, con una efficienza bassa nella prima metà della settimana (specialmente il martedì) e un netto miglioramento nel weekend (specialmente il sabato); si veda la Fig.4.

DF 25a 

Fig.2a) Duty Factor giornaliero nel secondo quarto del ciclo O3 - Data Source: Ligo-Virgo collaboration/gw-openscience.org - Processing: Marco Di Lorenzo 

DF 17 new 

Fig.2b) Duty Factor giornaliero nel primo quarto del ciclo O3 - Data Source: Ligo-Virgo collabortion/GraceDB - Processing: Marco Di Lorenzo

 DF wk24

Fig.3) Duty Factor ed efficienza stimata settimanale, con indicazione delle percentuali settimanali e totali (a destra) - Data Source: Ligo-Virgo collaboration/gw-openscience.org - Processing: Marco Di Lorenzo

Eff by day of wk24

Fig.4) Efficienza stimata media per giorno della settimana (1=lunedi, 7=domenica); basato sulle prime 24 settimane del ciclo O3 - 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 sotterraeno e criogenico. Nel mese di Ottobre, i due rivelatori LIGO verranno fermati per attività di aggiornamento e poi riprenderanno la metà rimanente del ciclo O3 di osservazioni, che si concluderà il 30 Aprile 2020. Non è chiaro se anche Virgo, per l'occasione, verrà fermato.

 timeline 6b

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/improvement: 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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