Virgo esplora il cosmo: rivelate 35 nuove onde dello spazio-tempo

I 35 nuovi eventi rivelati da LIGO e Virgo nel loro ultimo periodo osservativo portano a 90 il totale delle onde gravitazionali rivelate ad oggi dalla rete globale formata dai tre interferometri

Riporta la nota di Virgo. La maggior parte dei nuovi segnali ha origine dallo spiraleggiamento e fusione di due buchi neri: scuotimenti cosmici che fanno vibrare il tessuto dello spazio-tempo, generando una potente esplosione di onde gravitazionali. Altri due eventi, di cui uno già riportato lo scorso giugno, sono stati invece indentificati come fusioni tra una stella di neutroni e un buco nero, una sorgente osservata per la prima volta in quest'ultimo periodo osservativo di LIGO-Virgo. Un altro evento, rivelato nel febbraio del 2020, potrebbe invece provenire da una coppia di buchi neri oppure da una coppia mista formata da un buco nero e una stella di neutroni.

I dati, pubblicati oggi nel terzo catalogo, delineano le caratteristiche di nuove popolazioni di buchi neri, le masse dei quali, insieme a quelle delle stelle di neutroni osservate, potrebbero fornire indizi su come le stelle vivono e muoiono, allargando ulteriormente gli orizzonti dell'astronomia gravitazionale.

Il Catalogo è accompagnato da altre tre pubblicazioni, centrate sulle conseguenze cosmologiche e astrofisiche dei risultati e sulla ricerca multimessaggera di segnali di onde gravitazionali in coincidenza con 86 lampi di raggi gamma (in inglese Gamma Ray Bursts) osservati nello spazio dagli strumenti Fermi/GBM e Swift/BAT durante la seconda parte del terzo periodo osservativo. Non è stata osservata nessuna corrispondenza con onde gravitazionali; parallelamente, non è stato riportato alcun segnale di tipo diverso (per esempio luce e neutrini) da parte di osservatori sulla Terra o nello spazio alla ricerca di segnali a seguito delle onde gravitazionali, segneli cioè che potrebbero essere emessi dalla stessa sorgente che ha prodotto le onde gravitazionali.

Le collaborazioni scientifiche LIGO, Virgo e KAGRA pubblicano oggi anche l'intero insieme dei dati calibrati registrati dai rivelatori LIGO e Virgo da novembre 2019 a marzo 2020. Ciò permette alla comunità scientifica di realizzare analisi e controlli indipendenti, massimizzando la ricchezza dei risultati scientifici.

I progressi fatti in pochi anni dagli scienziati nel campo delle onde gravitazionali sono stupefacenti, passando dalla prima rivelazione all'osservazione di diversi eventi al mese. Ciò è stato possibile grazie ad un programma di continui miglioramenti tecnologici che hanno trasformato i primi, pionieristici strumenti in rivelatori sempre più sensibili. L'aumento della sensibilità dei rivelatori grazie agli aggiornamenti tecnologici è evidente, considerando che dei 90 eventi di onde gravitazionali pubblicati ad oggi, 79 si riferiscono esclusivamente al più recente periodo osservativo, che si è svolto da aprile 2019 a marzo 2020.

Gli osservatori LIGO e Virgo sono attualmente in fase di ulteriore aggiornamento ed inizieranno il loro quarto periodo osservativo, nella seconda metà del 2022, con una sensibilità ancora più alta; saranno capaci di esplorare un volume dell'Universo quasi 10 volte più grande di prima e quindi ci sarà una probabilità corrispondentemente più alta di raccogliere segnali gravitazionali.

"Uno dei miglioramenti di Virgo che abbiamo realizzato è una cavità ottica aggiuntiva (la cosiddetta cavità di riciclo del segnale), che permette di migliorare la banda di sensibilità del rivelatore alle alte frequenze", dice Sebastian Steinlechner, professore aggiunto dell'Università di Maastricht e del Nikhef. "Ciò corrisponde ad un'accresciuta capacità del rivelatore di 'ascoltare' gli stadi finali della fusione di una coppia di oggetti pesanti come buchi neri o stelle di neutroni."

Il rivelatore KAGRA in Giappone è in fase di completamento e KAGRA parteciperà al prossimo periodo osservativo. L'espansione della rete di rivelatori accrescerà ulteriormente l'accuratezza della localizzazione delle sorgenti, una caratteristica chiave per i futuri sviluppi dell'astronomia multi-messaggera.

• GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the Second Part of the Third Observing Run
• Constraints on the cosmic expansion history from GWTC-3
• The population of merging compact binaries inferred using gravitational waves through GWTC-3
• Search for Gravitational Waves Associated with Gamma-Ray Bursts Detected by Fermi and Swift During the LIGO-Virgo Run O3b
• Press release - Comunicato stampa - Notas de prensa - Materiały dla prasy

Didascalia della figura: L'immagine mostra le 90 fusioni di sistemi binari che sono state osservate fino ad ora dalla rete di rivelatori di Advanced LIGO e Advanced Virgo. Ogni quadrato rappresenta un evento, con il nome in fondo al quadrato. Le masse degli oggetti che si fondono (che possono essere buchi neri o stelle di neutroni) così come la massa dell'oggetto finale sono indicate in unità di massa solare. Il colore di ogni quadrato è associato ai tre periodi osservativi durante i quali l'evento è stato osservato: O1, nel 2015-16; O2, nel 2016-17; e O3, nel 2019-20. L'aumento del numero di eventi in O3 è stato reso possibile grazie all'aumentata sensibilità di tutti e tre i rivelatori della rete. Si noti che viene mostrato anche GW200105, anche se viene considerato un evento marginale (con ciò si intende che la sua origine astrofisica è considerata incerta), e questo spiega perché ci sono 91 quadrati.

Crediti fotografici: Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology