Aumenta il novero complessivo delle perturbazioni dello spaziotempo osservate, e con esso si estende l’orizzonte dell’astronomia gravitazionale. Ad appurarlo, il catalogo aggiornato di sorgenti transienti di onde gravitazionali (GWTC-3) stilato dalle collaborazioni scientifiche Virgo, LIGO e Kagra, apparso oggi, 8 novembre, sull’archivio online ArXiv. La pubblicazione, che raccoglie i dati acquisiti tra novembre 2019 e marzo 2020 da Virgo e LIGO, descrive infatti 35 nuovi eventi associati alla fusione di coppie di buchi neri e stelle di neutroni, portando a 90 il numero complessivo dei segnali individuati nel corso della seconda parte della terza campagna osservativa (O3b) dei due interferometri gravitazionali statunitensi e di quello europeo. Tra le novità presenti nel catalogo, che conferma come la maggior parte delle perturbazioni gravitazionali registrate siano originate dal “balletto” cosmico che vede i buchi neri ruotare vorticosamente uno intorno all’altro prima di fondersi, i primi due segnali gravitazionali attribuiti allo scontro di due coppie di sorgenti miste, resi noti lo scorso giugno. Oltre a confermare l’accresciuta capacità della rete di osservatori gravitazionali composta da Virgo e dai due interferometri LIGO di rivelare le increspature della struttura dello spaziotempo, le numerose scoperte contenute nel catalogo GWTC-3, aiuteranno gli scienziati a fare luce sulle proprietà dei corpi celesti estremi e sui meccanismi e le condizioni alla base della loro formazione, contribuendo al contempo a rendere sempre più sensibili gli strumenti di osservazione.
Il catalogo, accompagnato da due ulteriori pubblicazioni che raccolgono e mettono a disposizione della comunità scientifica l’intero set di dati registrati e analizzati finora da Virgo e LIGO, offrono una visione senza precedenti di un nuovo paesaggio di eventi cosmici estremi e delineano le caratteristiche delle popolazioni di buchi neri, stabilendo nuovi record e limiti sulle masse dei buchi neri e delle stelle di neutroni e offrendo indizi sugli ambienti astrofisici in cui è più probabile che gli eventi cosmici estremi osservati si verifichino, come gli ammassi globulari, gli ammassi stellari giovani o i dischi di accrescimento dei nuclei galattici attivi. Ancora una volta, GWTC-3 mette inoltre in evidenza i problemi legati alla stima delle masse di alcune sorgenti delle onde gravitazionali rivelate, non riconducibili, secondo i modelli teorici di formazione stellare attuali, a buchi neri o stelle di neutroni, come dimostra l’evento registrato nel marzo 2020. In questo caso, la natura della sorgente secondaria rimane infatti ignota a causa delle sue dimensioni, pari a 2,8 masse solari, non compatibile con la massa massima prevista per le stelle di neutroni (2,5 masse solari), né con quella minima prevista per i buchi neri (5 masse solari).
“Ricordo ancora vividamente l’entusiasmo di tutti noi scienziati mentre ascoltavamo l’annuncio pubblico della scoperta delle onde gravitazionali all’inizio del 2016 – commenta Edoardo Milotti, membro della Collaborazione Virgo e ricercatore della sezione di Trieste dell’INFN – Ora, meno di sei anni dopo, le scoperte riportate nel catalogo GWTC-3 aggiungono nuove preziose informazioni al nuovo, crescente campo dell’astronomia delle onde gravitazionali, e forniscono una nuova prospettiva su molti aspetti dell’universo, come, per esempio, le popolazioni di sistemi binari di buchi neri o stelle di neutroni”.
Grazie ai dati di quest’ultimo periodo di osservazione, i ricercatori di LIGO, Virgo e KAGRA, utilizzando un approccio statistico, sono stati anche in grado di aumentare ulteriormente la precisione della misura della costante di Hubble, e quindi del tasso di espansione dell’universo, basata su segnali di onde gravitazionali. Questa è un’alternativa alle stime basate solo sui segnali elettromagnetici o sul fondo cosmico a microonde. Non è stato tuttavia possibile effettuare la misura della costante mediante il metodo più diretto, che richiede eventi di onde gravitazionali con una controparte elettromagnetica, poiché nessun segnale elettromagnetico è stato rivelato in associazione con le onde gravitazionali.
L’incremento del numero degli eventi registrati negli ultimi anni è stato possibile grazie a un programma di continui aggiornamenti tecnologici, che hanno consentito di trasformare i primi pionieristici strumenti in rivelatori sempre più sensibili. Gli interventi sono tutt’ora in corso, in vista dell’inizio del prossimo periodo di osservazione, il quarto, nella seconda metà del 2022, che mira a raggiungere una capacità di osservazione ancora superiore, corrispondente a un volume dell’universo quasi 10 volte più grande e quindi a una probabilità molto maggiore di captare segnali gravitazionali. Aumento di capacità che sarà inoltre favorito dall’unione di KAGRA, l’interferometro giapponese attualmente in fase di finalizzazione, alla rete internazionale di osservatori gravitazionali, aumentando ulteriormente la precisione della localizzazione delle sorgenti, una caratteristica chiave per i futuri sviluppi dell’astronomia multimessaggera.
“Queste ultime pubblicazioni mostrano come Virgo, LIGO e KAGRA si stiano muovendo velocemente in una nuova fase”, spiega Giovanni Losurdo, ricercatore INFN che guida la collaborazione internazionale Virgo. “Partendo dalla scoperta e osservazione di eventi isolati, siamo infatti giunti in breve tempo a osservare intere popolazioni di che cosa? Di buchi neri?, un modo potente per indagare la natura dell’universo oscuro. Questo cambiamento apparirà ancora più rilevante nei prossimi cicli di osservazione quando, grazie ai recenti aggiornamenti, ci aspettiamo di rivelare fino a un evento al giorno”.
