A poco più di tre mesi dall’inizio del terzo periodo osservativo (O3) di rivelazione di onde gravitazionali, gli esperimenti attualmente operativi, ovvero il rivelatore europeo Virgo dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia (Pisa) e il LIGO (National Science Foundation’s Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) negli Stati Uniti (Hanford e Livingston), hanno captato e confermato circa 16 segnali di onde gravitazionali provenienti da zone diverse del cielo. Un numero ben oltre le attese.

In questi mesi, la collaborazione GRAWITA (GRAvitational Wave Inaf TeAm) ha attivato ad ogni allerta di LIGO-Virgo la macchina complessa che coinvolge decine di ricercatori INAF e non solo, per la ricerca, il monitoraggio e la caratterizzazione delle controparti elettromagnetiche di queste sorgenti. ll team GRAWITA ha seguito i vari eventi, utilizzando risorse in tutto il mondo (vedi immagine), dal Large Binocular Telescope in Arizona, al Telescopio Nazionale Galileo alle Isole Canarie, per fare solo due esempi.

Tra gli eventi più rilevanti, quello registrato il 25 aprile (S190425z) subito ritenuto essere una collisione tra due stelle di neutroni -resti di stelle massicce esplose- avvenuto ad una distanza stimata di circa 500 milioni di anni luce dalla Terra: una situazione potenzialmente simile all’evento del 17 agosto 2017 (GW170817), ovvero il primo segnale di onde gravitazionali di cui si è individuata la controparte elettromagnetica (denominata AT2017gfo). Purtroppo, era attivo Virgo e soltanto un canale di LIGO, ciò ha comportato una stima della posizione meno precisa, lasciando agli astronomi un’area di ricerca molto ampia. Il giorno dopo è stato captato il segnale da un’altra sorgente, le cui caratteristiche facevano supporre si trattasse (con una certa significativa probabilità) di una collisione tra una stella di neutroni e un buco nero: una situazione ancora più interessante perché prevista dalla teoria, ma mai osservata prima. Il segnale, denominato S190426c, è stato rivelato da tutti e tre gli interferometri, ma sfortunatamente la distanza presunta della sorgente era ben maggiore della precedente, circa 1,2 miliardi di anni luce. Anche in questo caso, la sua localizzazione era molto difficile: la possibile sorgente era situata in una regione di circa un migliaio di gradi quadrati: un’area ancora molto estesa, si pensi che la Luna in cielo occupa circa mezzo grado quadrato! Successivamente, sono stati registrati altri segnali, ma nonostante le ricerche attivate da GRAWITA e da altri gruppi di ricercatori di tutto il mondo, non è stato ancora possibile individuarne le controparti. Va ricordato che il segnale elettromagnetico emesso da una sorgente di onde gravitazionali diminuisce rapidamente a poche ore (giorni) dall’evento, dunque la tempestività di individuazione è cruciale. In altre parole, se trascorre troppo tempo, il segnale elettromagnetico diventa troppo debole per essere individuato dai telescopi: per avere la chance di individuare una sorgente transiente, la cui elevata luminosità è di durata limitata nel tempo, sono fondamentali: aree di ricerca in cielo relativamente limitate e rapidità di attivazione degli strumenti.

I numerosi dati raccolti dal team GRAWITA sono stati argomento di varie circolari GCN (“gamma-ray burst coordinates network”, vedi ad esempio https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn3/24252.gcn3), brevi bollettini che contengono informazioni concise ed essenziali sui dati acquisisti per analizzare le sorgenti selezionate quali potenziali controparti. I dati spettroscopici, ad esempio, sono fondamentali per determinare la natura dei candidati transienti e, dunque, per avvalorare o escludere la possibililtà che siano l’origine del segnale di onde gravitazionali. Il GCN è un sistema nato per distribuire informazioni circa la localizzazione nel cielo di un evento “lampo gamma” (in inglese “gamma-ray burst”, GRB), immediatamente dopo la sua rivelazione da parte dei satelliti che captano questo tipo di onde. Attraverso questi brevi comunicati, i ricercatori hanno subito conoscenza di un evento, ricevono e si scambiano informazioni utili ad eseguire la ricerca delle sorgenti elettromagnetiche e il successivo “follow-up” (ovvero il loro monitoraggio nel tempo) con i telescopi da terra e dallo spazio che lavorano in tutte le bande dello spettro elettromagnetico, dal radio, all’ottico, ai raggi X. Questo sistema, sviluppato e ormai consolidato da decenni nel campo dei GRB, è divenuto cruciale anche nel caso di eventi di onde gravitazionali, i cui annunci (i cosiddetti “alerts”o allerte) sono diffusi dalla collaborazione LIGO-Virgo utilizzando lo stesso canale.

Dal 2015, gli eventi di onde gravitazionali scoperti dal network LIGO-Virgo sono stati una ventina (il numero è in continuo aggiornamento). Tra essi troviamo eventi di fusione di due stelle di neutroni (NS-NS), di due buchi neri (BH-BH) e forse uno prodotto da un sistema misto, ovvero dalla fusione di una stella di neutroni e un buco nero (BH-NS). La casistica è ancora molto limitata per avere una chiara idea dei fenomeni e non siamo ancora in grado di prevedere con accuratezza il numero di eventi attesi nelle galassie, tuttavia i ricercatori stanno lavorando per simulare modelli di galassie sempre più precisi. Una delle difficoltà maggiori nell’individuazione della sorgente elettromagnetica corrispondente all’evento di onde gravitazionali rimane l’ampiezza dell’area di ricerca nel cielo, e tuttavia solo attraverso la precisa indentificazione della sorgente è possibile capirne la natura e i processi fisici coinvolti, come nel caso di GW170817.

Attualmente sono in corso due nuove allerte, la ricerca continua…

Gabriella Raimondo

Crediti immagine: LIGO-Virgo GRAWITA/Team