Virgo regala al mondo un’altra grande scoperta

Non si è ancora spenta l’eco dell’assegnazione del premio Nobel per la Fisica ai ricercatori statunitensi che, 
grazie anche alla collaborazione con Virgo, hanno intercettato le onde gravitazionali, ed ecco che una 
nuova grande scoperta è stata realizzata dai ricercatori di LIGO e Virgo che per la prima volta hanno 
osservato onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due stelle di neutroni.
Il 17 agosto scorso, alle 14:41 ora italiana, la scoperta è stata fatta dai due rivelatori gemelli LIGO, situati a 
Hanford, nello stato di Washington, e a Livingston, in Luisiana. L’informazione fornita dal terzo rivelatore, 
Virgo, a Cascina, ha permesso un miglioramento nella localizzazione dell’evento cosmico. In quel momento,
LIGO era prossimo al termine del suo secondo periodo di osservazione dopo essere stato aggiornato nel
corso di un programma chiamato Advanced LIGO, mentre Virgo aveva cominciato il suo primo periodo di
osservazione dopo aver recentemente completato un aggiornamento conosciuto come Advanced Virgo.
Quello che è stato catturato è un forte segnale di onde gravitazionali dallo spazio in uno dei due rivelatori 
LIGO. Quasi contemporaneamente, lo strumento Gamma-ray Burst Monitor a bordo del telescopio 
spaziale Fermi della NASA aveva captato un lampo di raggi gamma. I programmi di analisi di LIGO-Virgo 
hanno messo insieme i due segnali e concluso che fosse altamente improbabile che si trattasse di una 
coincidenza casuale; un altro programma automatico di analisi di LIGO ha indicato che c’era un segnale 
gravitazionale coincidente anche nell’altro rivelatore LIGO.
La rapida rivelazione del segnale gravitazionale da parte del team LIGO-Virgo, unita alla rivelazione di raggi 
gamma di Fermi, hanno permesso di allertare telescopi sparsi in tutto il mondo. I dati di LIGO indicavano 
che due oggetti astrofisici situati alla distanza relativamente piccola di circa 130 milioni di anni luce dalla 
Terra si erano avvicinati spiraleggiando uno attorno all’altro. Sembrava che questi oggetti non fossero così 
massicci come i sistemi binari buchi neri (oggetti che LIGO e Virgo hanno osservato in precedenza rcevendo 
il premio Nobel). La massa degli oggetti spiraleggianti è stata stimata infatti essere da 1.1 a 1.6 volte quella 
del Sole, nell’intervallo di massa delle stelle di neutroni. Una stella di neutroni ha un diametro di circa 20 
chilometri ed è così densa che un cucchiaino del materiale che la costituisce pesa circa un miliardo di 
tonnellate.
Non era mai capitato che gli scienziati potessero rilevare direttamente sia onde gravitazionali, quindi le 
increspature dello spazio-tempo, sia i segnali luminosi dalla spettacolare fusione di due stelle di neutroni. 
La novità assoluta sta proprio in questo: un evento cosmico viene osservato sia con le onde gravitazionali 
che con la luce.
La scoperta è stata fatta negli Stati Uniti, utilizzando il Laser Interferometer Gravitational-Wave 
Observatory (LIGO), il rivelatore Virgo di Cascina, e circa 70 osservatori a terra e nello spazio.
Le stelle di neutroni sono le più piccole e dense stelle conosciute e si formano quando stelle massicce 
esplodono in supernovae. Mentre queste due stelle di neutroni spiraleggiavano insieme, hanno emesso
onde gravitazionali che sono state rivelabili per circa 100 secondi; quando si sono fuse, è stato emesso un lampo di luce sotto forma di raggi gamma che è stato visto sulla terra circa due secondi dopo le onde
gravitazionali. In un periodo successivo alla collisione fra i due corpi celesti, si parla di settimane, sono state 
rilevate, altre forme di luce, o radiazione elettromagnetica, inclusi raggi X, ultravioletti, visibili, infrarossi e 
onde radio.
Ma mentre un mistero sembra essere stato risolto, ne sono emersi di nuovi. Il lampo di raggi gamma
osservato è stato uno dei più vicini alla Terra mai visti, eppure è stato sorprendentemente debole
considerata la sua distanza. “Gli scienziati stanno cominciando a proporre modelli per spiegare come sia 
possibile, ha detto McEnery Projrect Scientist di Fermi al Goddard Space Flight Center della NASA, 
aggiungendo che nuove interpretazioni verranno probabilmente proposte negli anni a venire”.

Le osservazioni hanno dato agli astronomi un’opportunità senza precedenti per studiare la collisione di due
stelle di neutroni. Per esempio, le osservazioni fatte dal Gemini Observatory statunitense, dall’European 
Very Large Telescope e dal Hubble Space Telescope della NASA rivelano segni di materiali prodotti da 
poco, inclusi oro e platino, risolvendo un mistero vecchio di decine di anni riguardo l’origine di circa la 
metà di tutti gli elementi chimici più pesanti del ferro.
“Ci è apparso immediatamente che la sorgente fossero probabilmente stelle di neutroni, l’altra ambita
sorgente che speravamo di vedere, e che stavamo promettendo al mondo che avremmo visto, ha detto
David Shoemaker, portavoce della LIGO Scientific Collaboration e ricercatore senior del Kavli Institute for
Astrophysics and Space Research del MIT. Dalle informazioni che possiamo usare per produrre modelli
dettagliati del funzionamento interno delle stelle di neutroni e delle loro emissioni, fino alla fisica più 
fondamentale come la relatività generale, questo evento è semplicemente così ricco. È un regalo che 
continuerà a donare”.
“La nostra analisi del rumore ha mostrato che un evento di questa forza accade per pura coincidenza meno 
di una volta ogni 80000 anni, quindi l’abbiamo identificato immediatamente come una rivelazione molto
sicura e una sorgente eccezionalmente vicina ha aggiunto Laura Cadonati, professoressa di fisica al Georgia 
Tech e vice-portavoce della LIGO Scientific Collaboration. Questa rivelazione ha realmente aperto le porte 
ad un nuovo modo di fare astrofisica. Mi aspetto che sarà ricordato come uno degli eventi astrofisici più 
studiati della storia”.
Anche se i rivelatori LIGO sono stati i primi a rivelare il segnale negli Stati Uniti, Virgo, a Cascina, ha 
ricoperto un ruolo fondamentale nella storia. A causa della sua orientazione rispetto alla sorgente nel 
momento della rivelazione, Virgo ha rivelato un segnale piccolo; questa informazione, combinata con 
l’ampiezza e la tempistica dei segnali nei rivelatori LIGO, ha permesso agli scienziati di triangolare 
precisamente la posizione nel cielo. Dopo aver effettuato un controllo accurato per assicurarsi che i segnali 
non fossero un artefatto della strumentazione, gli scienziati hanno concluso che un’onda gravitazionale era 
arrivata da una regione relativamente piccola del cielo meridionale.
Un gioco di squadra fondamentale che viene giustamente esaltato dal direttore di EGO Federico Ferrini: 
“Questo risultato è un grande esempio di efficacia del lavoro di squadra, dell’importanza della 
coordinazione e del valore della collaborazione scientifica. Siamo entusiasti di aver ricoperto il nostro 
rilevante ruolo in questa straordinaria sfida scientifica: senza Virgo, sarebbe stato molto difficile localizzare 
la sorgente delle onde gravitazionali”.
Ogni osservatorio elettromagnetico rilascerà le sue osservazioni dettagliate dell’evento astrofisico. Nel 
frattempo, fra tutti gli osservatori coinvolti sta emergendo un quadro generale che conferma ulteriormente 
che il segnale gravitazionale iniziale proveniva in effetti da una coppia di stelle di neutroni che stavano 
spiraleggiando. Circa 130 milioni di anni fa, le due stelle di neutroni si trovavano nei momenti finali della 
loro orbita reciproca, separate da soli 300 chilometri circa, e stavano prendendo velocità mentre si 
avvicinavano fra loro sempre più. Mentre spiraleggiavano una intorno all’altra sempre più velocemente e 
più vicine, le stelle stiravano e distorcevano lo spazio-tempo circostante, rilasciando energia sotto forma di 
potenti onde gravitazionali fino a scontrarsi una contro l’altra. Nel momento della collisione, la maggior 
parte della massa delle due stelle di neutroni si è unita in un oggetto ultra denso, emettendo una “palla di 
fuoco” di raggi gamma. Le misure iniziali di raggi gamma, combinate con la rivelazione di onde 
gravitazionali, confermano anche la teoria della relatività generale di Einstein, che predice che le onde 
gravitazionali viaggino alla velocità della luce. 
Nelle settimane e mesi a venire, telescopi in tutto il mondo continueranno ad osservare il bagliore residuo 
della fusione delle due stelle di neutroni e a raccogliere ulteriori indizi sulle varie fasi della fusione, la sua interazione con lo spazio circostante e i processi che producono gli elementi più pesanti dell’universo. 
“Quando stavamo pianificando LIGO per la prima volta alla fine degli anni ’80, sapevamo che alla fine 
avremmo avuto bisogno di una rete internazionale di osservatori di onde gravitazionali, comprendente 
l’Europa, per aiutarci a localizzare le sorgenti di onde gravitazionali in modo che i telescopi elettromagnetici 
potessero poi seguire e studiare il bagliore di eventi come questa fusione di stelle di neutroni, ha detto Fred 
Raab di Caltech, direttore associato di LIGO per le attività dell’osservatorio, oggi possiamo dire che la 
nostra rete di rivelatori di onde gravitazionali funziona brillantemente insieme agli osservatori 
elettromagnetici per inaugurare una nuova era dell’astronomia, e migliorerà ulteriormente con l’aggiunta 
prevista di osservatori in Giappone e India”.
Una scoperta che esalta una volta di più la scelta compiuta anni fa dall’amministrazione comunale guidata 
da Carlo Cacciamano, che per primo credette nella bontà e nello sviluppo del progetto Virgo. Oggi se nel 
mondo si parla di Cascina e della porzione della provincia di Pisa dove si trova l’osservatorio Ego-Virgo, il 
merito è di chi a quel tempo ha creduto nella ricerca scientifica assumendosi la responsabilità di incoraggiarla.