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La LIGO Scientific Collaboration, la Virgo Collaboration e la KAGRA Collaboration hanno pubblicato l’ultima versione del loro catalogo di onde gravitazionali. Il Gravitational-Wave Transient Catalog 3 (GWTC-3) contiene ora 90 segnali, 35 dei quali inediti.
I rivelatori sono attualmente in fase di aggiornamento per loro quarta sessione osservativa, che dovrebbe iniziare alla fine del 2022.
Mentre la prima osservazione di un buco nero che inghiotte una stella di neutroni era stata pubblicata in precedenza, il catalogo contiene un altro evento di questo tipo.
“Abbiamo scoperto GW191219_163120, un segnale di fusione, che proviene da un buco nero 32 volte la massa del nostro Sole che inghiotte una stella di neutroni di appena 1,17 masse solari – la stella di neutroni meno massiccia mai osservata”, spiega Alessandra Buonanno, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) a Potsdam e professore all’Università del Maryland.
“Le nuove osservazioni continuano a sfidare la nostra comprensione di come si formano i buchi neri di massa stellare e le stelle di neutroni e di come arrivano ad orbitare l’uno attorno all’altro fino a quando non si fondono”.
COSA SONO LE ONDE GRAVITAZIONALI
Secondo la Teoria della Relatività Generale, l’Universo è caratterizzato da una struttura a quattro dimensioni (le tre spaziali che conosciamo, più il tempo).
La presenza di una massa ( o di energia) incurva questa struttura (detta spazio-tempo), come una pallina appoggiata a un tappeto elastico sospeso (in un esempio a due dimensioni).
Quando due oggetti molto massicci si scontrano e si fondono insieme parte della massa totale si trasforma in energia sotto forma di onde gravitazionali che viaggiano alla velocità della luce, increspando lo spazio-tempo, proprio come fa un sasso gettato in acqua alla sua superficie.
Dopo miliardi di anni le onde giungono sulla Terra: sfruttando la misura della deformazione che tale increspatura produce sulla lunghezza dei bracci de rilevatori nel momento in cui li attraversano, possono essere così captate.
Da queste misure si può dedurre la massa degli oggetti coinvolti nell’evento che le ha prodotte e grazie alla triangolazione dei rilevatori posti in diversi luoghi sul pianeta, anche individuare l’area del cielo da cui provengono.
Mentre la prima osservazione di un buco nero che inghiotte una stella di neutroni era stata pubblicata in precedenza, GWTC-3 contiene un altro evento di questo tipo. “Abbiamo scoperto GW191219_163120, un segnale di fusione, che proviene da un buco nero 32 volte la massa del nostro Sole che inghiotte una stella di neutroni di appena 1,17 masse solari – la stella di neutroni meno massiccia mai osservata”, spiega Alessandra Buonanno, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) a Potsdam e professore all’Università del Maryland.
“Le nuove osservazioni continuano a sfidare la nostra comprensione di come si formano i buchi neri di massa stellare e le stelle di neutroni e di come arrivano ad orbitare l’uno attorno all’altro fino a quando non si fondono”.
GW200210_092254, un’altra nuova scoperta, assomiglia al GW190814 precedentemente rilevato,in cui un buco nero si fonde con un secondo oggetto che è una stella di neutroni molto massiccia o un buco nero di massa molto bassa.
La maggior parte delle nuove scoperte sono fusioni binarie di buchi neri, inclusi alcuni eventi particolarmente degni di nota.
“Il 20 febbraio 2020, probabilmente abbiamo assistito alla nascita di un altro oggetto simile a GW190521– un buco nero di massa intermedia – dalla fusione di due buchi neri pesanti”, afferma Frank Ohme, leader di un gruppo di ricerca indipendente Max Planck presso l’AEI di Hannover. “Inoltre, troviamo diversi eventi in cui le onde gravitazionali rivelano dettagli sugli spin dei buchi neri che si fondono”.
”Abbiamo fatto una pausa di un mese nell’ottobre 2019 per aggiornare e migliorare i rilevatori. Ciò include la pulizia degli specchi terminali di LIGO Livingston, la sostituzione delle apparecchiature per il vuoto presso LIGO Hanford e l’aumento della potenza laser presso Virgo “, afferma Karsten Danzmann, direttore dell’AEI hannover e direttore dell’Istituto di fisica gravitazionale presso l’Università Leibniz di Hannover.
Aggiunge: “Gli aggiornamenti e la manutenzione continua dei nostri strumenti a onde gravitazionali hanno aumentato la sensibilità della rete internazionale di rivelatori. Abbiamo ascoltato più a fondo l’Universo che mai”.
Verso la fine di ottobre, si è aggiunto il rivelatore KAGRA in Giappone, seguita da due settimane di osservazioni simultanee con il rivelatore di onde gravitazionali tedesco-britannico GEO600 vicino ad Hannover, in Germania, nell’aprile 2020.
I risultati della corsa GEO600-KAGRA saranno pubblicati separatamente.I ricercatori hanno anche pubblicato due articoli che accompagnano il loro nuovo catalogo oggi. Si guarda a ciò che gli eventi possono dirci sulla popolazione di oggetti compatti nel nostro Universo, quanto spesso si fondono e come le loro masse sono distribuite. Nell’altro articolo i ricercatori hanno impiegato le onde gravitazionali per comprendere meglio la storia di espansione del cosmo misurando la costante di Hubble.
I ricercatori dell’AEI hanno contribuito in modo significativo alle analisi presentate nei tre articoli. Hanno fornito modelli accurati delle onde gravitazionali provenienti da buchi neri che includevano la precessione degli spin dei buchi neri, momenti multipolari oltre il quadrupolo dominante, nonché effetti di marea introdotti dalla potenziale compagna della stella di neutroni. Queste caratteristiche impresse nella forma d’onda sono cruciali per estrarre informazioni uniche sulle proprietà della sorgente e sull’Universo ed effettuare test di relatività generale.
