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UniTrento – LIGO-VIRGO: una nuova era per la scienza delle onde gravitazionali: il ruolo della fisica trentina

28 Settembre 2017

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UniTrento – LIGO-VIRGO: una nuova era per la scienza delle onde gravitazionali: il ruolo della fisica trentina

LIGO-VIRGO. UNA NUOVA ERA PER LA SCIENZA DELLE ONDE GRAVITAZIONALI: IL RUOLO DELLA FISICA TRENTINA

Commento dei fisici dell’Università di Trento sulla notizia della prima misura congiunta di onde gravitazionali, annunciata ieri da parte di tutti e tre i rivelatori. Un risultato atteso, perchè dimostra il potenziale scientifico della rete globale di rilevatori di onde gravitazionali, che consente una migliore localizzazione della sorgente e la misura delle polarizzazioni delle onde gravitazionali. Il ruolo del gruppo Padova-Trento

Di seguito le riflessioni dei fisici dell’Università di Trento e in allegato il comunicato stampa diramato ieri dalla collaborazione LIGO e VIRGO.

Il gruppo di ricerca dell’Università di Trento è impegnato nella ricerca di onde gravitazionali con rivelatori terrestri da quasi trent’anni, con il sostegno dell’INFN. L’attività si è estesa presso l’Università di Padova e INFN Padova, formando un secondo gruppo di ricerca in stretta sinergia sulle medesime attività. Dal 2007 ha dato contributi fondamentali alla analisi delle osservazioni LIGO-Virgo, incluse le osservazioni della prima onda gravitazionale e della sorgente annunciata oggi. In campo sperimentale, il gruppo sviluppa dispositivi quantistici per la produzione di uno stato di buio con rumore compresso per migliorare le prestazioni di Virgo nelle prossime campagne osservative. Recentemente il gruppo si è rafforzato sia in ambito sperimentale che teorico ed è così in grado di coprire molti aspetti interessanti della ricerca in questo campo, dal potenziamento dei rivelatori all’analisi e interpretazione delle osservazioni, in particolare per stelle di neutroni. Questi investimenti in personale e infrastrutture per lo studio delle onde gravitazionali con rivelatori terrestri sono completati dal forte impegno di Trento nel campo rivelatori basati nello spazio, in preparazione della futura missione LISA.

«Le collaborazioni LIGO e Virgo analizzano le osservazioni in modo congiunto dal 2007 e questo ha permesso ai ricercatori di Virgo di contribuire in modo determinante anche alla prima osservazione di un’onda gravitazionale nel 2015» commenta Giovanni Andrea Prodi, fisico dell’Università di Trento e coordinatore delle attività di analisi dati di Virgo. «Ora le soddisfazioni scientifiche sono ancora maggiori, grazie al potenziamento della rete dei rivelatori reso possibile dall’ingresso di Virgo. I tre rivelatori hanno lavorato ad agosto come un singolo strumento planetario e oggi presentiamo il primo importante frutto di questa campagna osservativa». LIGO-Virgo ha identificato per la quarta volta una fusione di una coppia di buchi neri, molto simile per caratteristiche alla prima osservata. «Il fatto ancora più importante – continua Prodi – è che ora siamo in grado di ottenere informazioni finora inaccessibili sulla sorgente. Per la prima volta abbiamo potuto effettuare una triangolazione per determinare la posizione della sorgente, che è stata indicata con la precisione sufficiente per aprire un nuovo scenario. Questo segna la svolta che rende possibile l’astronomia congiunta di onde gravitazionali, onde elettromagnetiche e neutrini, cioè il nuovo campo dell’astronomia multimessaggera. La triangolazione sfrutta le differenze dei tempi di arrivo dell’onda nei diversi rivelatori: le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce, percorrendo in 10 millisecondi la distanza fra i due rivelatori LIGO e in 27 millisecondi la distanza fra Virgo e un rivelatore LIGO. Ciò rende possibile ricostruire un fascio più stretto di possibili direzioni della sorgente nel cielo».

A questo si aggiunge che con la rete di tre rivelatori si possono controllare le due componenti di polarizzazione dell’onda gravitazionale, grazie al fatto che l’onda gravitazionale si proietta in modo diverso su Virgo rispetto ai due rivelatori LIGO. «Le osservazioni con LIGO più Virgo forniscono un arricchimento dei nostri sensi. È un po’ come accade quando si utilizzano gli occhiali polarizzati per guardare un film in 3D» aggiunge Antonio Perreca, fisico recentemente trasferitosi all’Università di Trento dal California Institute of Technology (collaborazione LIGO).

«L’aggiunta di Virgo alla rete di osservatori gravitazionali ci permette finalmente di aprire un nuovo capitolo nella storia della Fisica e dell’Astronomia, con studi sempre più precisi su sorgenti astrofisiche fino ad oggi poco comprese. Dà anche un contributo fondamentale alle ricerche fatte dagli osservatori astronomici tradizionali a terra e nello spazio» commenta il fisico Bruno Giacomazzo dell’Università di Trento.

Le collaborazioni Virgo e LIGO annunciano l’osservazione di onde gravitazionali con tre rivelatori contemporaneamente. Questo risultato evidenzia il potenziale scientifico di una rete globale di rivelatori di onde gravitazionali, fornendo una migliore localizzazione della sorgente e l’accesso alla polarizzazione delle onde gravitazionali.
I due rivelatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che si trovano negli USA a Linvingston, in Louisiana, e ad Handford, nello stato di Washington e il rivelatore Virgo, che si trova all’European Gravitational Observatory (EGO) a Cascina, presso Pisa, hanno rivelato un segnale gravitazionale transiente prodotto dalla coalescenza di due buchi neri di massa stellare.
L’osservazione da parte dei tre rivelatori è stata fatta il 14 Agosto 2017 alle 10:30:43 UTC. Le onde gravitazionali, increspature nello spazio-tempo, rivelate sono state emesse durante le fasi finali della fusione di due buchi neri di massa pari a circa 31 e 25 volte quella del Sole e che si trovano a circa 1,8 miliardi di anni luce da noi. Il buco nero rotante prodotto dalla fusione ha una massa di circa 53 volte la massa del nostro Sole. Questo significa che durante la coalescenza circa 3 masse solari sono state convertite in energia  sotto forma di onde gravitazionali.
Questa è la quarta rivelazione di un sistema binario di buchi neri. Oltre ad essere importante   dal punto di vista astrofisico, la sua rivelazione ha anche un valore aggiunto: è il primo segnale gravitazionale significativo registrato dal rivelatore Virgo, che ha completato recentemente la fase di aggiornamento che ha portato ad Advanced Virgo.
“E’ meraviglioso vedere per la prima volta un segnale gravitazionale nel nostro nuovo rivelatore Advanced Virgo ad appena due settimane dall’inizio ufficiale della sua presa dati,” ha detto il portavoce della collaborazione Virgo, Jo van den Brand, dell’istituto olandese per la fisica subatomica (Nikhef) e dell’Università di Amsterdam (VU). “Questa è una grande ricompensa dopo tutto il lavoro svolto nel progetto Advanced Virgo per migliorare lo strumento negli ultimi sei anni.”
La scoperta, che verrà pubblicata sulla rivista Physical Review Letters (l’articolo può essere scaricato in anteprima dai seguenti link: https://dcc.ligo.org/P170814 e https://tds.virgo-gw.eu/GW170814; da domani sarà disponibile su arXiv) è stata realizzata dalla collaborazione LIGO-Virgo.
Virgo si è unito al secondo periodo di presa dati (O2) della rete di rivelatori alle 10:00 UTC del 1 agosto 2017, al termine di un programma di aggiornamento pluriennale, Advanced Virgo, e dopo mesi di intensa messa a punto per migliorarne la sensibilità. La rivelazione in tempo reale è stata generata dai dati di tutti e tre gli strumenti LIGO e Virgo. Anche se al momento Virgo è meno sensibile di LIGO, due algoritmi di ricerca indipendenti basati su tutte le informazioni disponibili dai tre rivelatori hanno dimostrato l’evidenza di un segnale nei dati Virgo.
La collaborazione di LIGO e Virgo è maturata nel corso dell’ultimo decennio. La comunità si è aggregata attraverso riunioni di collaborazione e lavoro congiunto di analisi dei dati. La pianificazione coordinata dei periodi di presa dati con tutti i rivelatori operativi è importante per estrarre il massimo contenuto scientifico; in particolare, il notevole miglioramento nella localizzazione delle sorgenti è estremamente promettente per il futuro dell’astronomia multi-messaggero. Ulteriori risultati, sulla base dei dati dalla rete di tre rivelatori, saranno annunciati prossimamente dalla collaborazione di LIGO-Virgo; l’analisi dei dati è attualmente in fase di completamento.
La collaborazione Virgo 
È composta da più di 280 fisici e ingegneri appartenenti a 20 diversi gruppi di ricerca europei: sei dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia; otto dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia; due nei Paesi Bassi con il Nikhef; in Ungheria il Wigner Research Centre for Physics della Accademia Ungherese delle Scienze (MTA); in Polonia il gruppo POLGRAW; in Spagna l’Università di Valencia; e infine EGO, il laboratorio che ospita il rivelatore Virgo vicino a Pisa in Italia.
LIGO
È finanziato dalla National Science Foundation (NSF), e gestito da Caltech e MIT, che hanno ideato e realizzato il progetto. Il sostegno finanziario per il progetto Advanced LIGO è stato guidato dalla NSF, con contributi significativi da parte della Germania (Max Planck Society), del Regno Unito (Science and Technology Facilities Council)  e dell’Australia (Australian Research Council). Più di 1200 scienziati provenienti da tutto il mondo partecipano allo sforzo attraverso la Collaborazione Scientifica LIGO (LSC), che include la collaborazione GEO. Altri partner sono elencati all’indirizzo http://ligo.org/partners.php

L’articolo che descrive i dettagli di questa scoperta è stato accettato per la pubblicazione dalla rivista Physical Review Letters (https://dcc.ligo.org/P170814 e https://tds.virgo-gw.eu/GW170814) e apparirà domani su arXiv. 

Ulteriori APPROFONDIMENTI nel testo integrale del comunicato allegato/ FOTO, COMUNICATO e MATERIALI sono scaricabili al link: http://home.infn.it/download/Ligo-Virgo-G7/
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