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23-05-2019 - Ligo+Virgo: raggiunta quota 10!

Lo avevamo già detto che la possibilità di guardare nella profondità dello spazio attraverso le onde gravitazionali, oltre che confermare una teoria einsteiniana, avrebbe rivoluzionato la conoscenza dell’universo. Ebbene credo che valga la pena dedicargli questo nuovo articolo che parla di un record: 10 segnali in meno di 7 settimane!
Mi ricordo lo scetticismo, anche mio, quando 8 anni fa, nel 2011, andammo per la prima volta a visitare l’osservatorio gravitazionale VIRGO a Cascina di Pisa. Sapevamo che era uno dei tre operativi al mondo e che gli altri due erano un USA. Ciò che ci rendeva scettici non era tanto il fatto che si stavano cercando segnali attraverso un mezzo (le onde gravitazionali) che nessuno aveva mai visto prima e che erano solamente state ipotizzate da un, sia pur attendibile Albert Einstein, bensì il bassissimo rapporto tra l’ampiezza del segnale ed il rumore di fondo generato dal traffico autostradale e dagli stessi passi dei ricercatori nei pressi dei rilevatori. Ma l’ammontare degli investimenti elargiti per questo obiettivo dimostrava la fiducia della comunità scientifica nell’ottenimento dii risultati eclatanti. E così è stato!
Prima la fusione di due buchi neri rilevati dai due osservatori americani (il nostro di Cascina di Pisa era in manutenzione programmata come lo erano stati i due americani) e poi due stelle di neutroni ed ora 10 nuovi segnali in meno di 7 settimane.
Eccovi l’articolo preso ad Aliveuniverse.
Fonte:
https://aliveuniverse.today/flash-news/spazio-astronomia/3965-ligo-virgo-raggiunta-quota-10
Dopo il potenziamento delle tre antenne gravitazionali, sono stati osservati già 10 nuovi segnali in meno di 7 settimane. Ma non sono tutti uguali...

Collocazione nel celo (in alto) e nello spazio (sotto) dell'evento osservato il 12 Maggio. Data Source: Ligo-Virgo collaboration/GraceDB - Processing: Marco Di Lorenzo

Aggiornamento del 19 Maggio: si è aggiunto un altro candidato poi smentito mentre, il 20/5 pomeriggio, è stato il turno di S19051bj, una fusione tra due buchi neri non molto significativa. L'evento è stato aggiunto in tutti i grafici dell'articolo.
Aggiornamento del 22 Maggio: ll totale di eventi osservati è salito a 13 e 10 di essi sono da coppie di buchi neri, compreso il primo evento dell'8 Aprile (come risulta da una analisi approfondita dei resoconti sul database).
Il terzo run di osservazioni di onde gravitazionali, effettuate congiuntamente dalle due antenne americane "Advanced LIGO" e dall'italo-francese "Advanced VIRGO", prosegue a gonfie vele e la frequenza di eventi osservati risulta anche leggermente superiore a quanto stimato in precedenza: invece di un evento a settimana, nei primi 48 giorni si sono osservati già 10 eventi, dunque in media uno ogni 4,8 giorni!
L'ultimo è stato osservato proprio stamane, alle 7:51 italiane; dalla pagina corrispondente, generata in tempo reale sul database "Grace DB" (Gravitational Wave Candidate Event Database, gestito da LIGO/Caltech), il segnale non era particolarmente forte ma è comunque quasi certamente imputabile a un'altra fusione tra due buchi neri estremamente lontani, circa 9 miliardi di anni luce!
Queste informazioni, insieme ad altre tratte sempre dalla stessa fonte, le ho riassunte nella tabella in figura.
Come si vede, gli addetti indicano un gruppo di segnali statisticamente significativi, riconosciuti da differenti algoritmi di elaborazione, come "Super Eventi"; essi sono identificati da un codice composto dalla lettera "S" seguita dalla data dell'evento (6 cifre numeriche) e da un suffisso di una o due lettere che vengono generate automaticamente in base all'ordine di inserzione nel database (per capirci, il suffisso "a" indica il primo evento in quella data, "b" il secondo, "aa" il ventisettesimo ecc.). Invece la "G Id" è una differente denominazione sequenziale, risultato di un'altra catena di elaborazione degli eventi osservati.
Quando infine c'è la conferma ufficiale che si tratta di una reale onda gravitazionale, viene generato il classico codice identificativo a cui siamo abituati, che comincia con il prefisso "GW", seguito da 6 cifre che ne indicano la data (eventualmente seguite da una lettera se ci sono più eventi nello stesso giorno).
La durata di un superevento (in secondi) è in realtà la differenza tra i tempi di inizio e fine ("t_start" e "t_end") delle finestre temporali contenenti i singoli eventi; essa è poco interessante poiché ha a che fare più con l'algoritmo di analisi che con l'effettiva durata dell'evento osservato.
La colonna "Instruments" ci dice quali antenne erano in funzione al momento della detezione; in un paio di casi, come si vede, le antenne erano solo due e questo ha determinato una grande incertezza sulla posizione nella volta celeste, come si intuisce dalle due colonne "50% area" e "90% area" sull'ampiezza delle regioni (in gradi quadrati) che hanno, rispettivamente, il 50 e il 90 per cento di probabilità di contenere la sorgente effettiva. Seguono la stima sulla distanza e la relativa incertezza (in MegaParsec) e le due colonne FAR e 1/FAR (rispettivamente in Hertz e in anni), che esprimono il "False Alarm Rate" con cui eventi simili a quello osservato potrebbero presentarsi per puro caso, come fluttuazioni del rumore. La quantità 1/FAR è riportata anche nelle ordinate del grafico sottostante, in funzione del tempo; come si vede, non si va mai sotto il rateo di 1 falso allarme all'anno, che è la soglia stabilita per la significatività di un evento (quelli più deboli e meno significativi non appaiono nel database).

Distribuzione della significatività nel tempo per gli eventi osservati tra il 1° Aprile e il 17 Maggio - Data Source: LIGO/VIRGO/GraceDB - Copyright: Marco Di Lorenzo

I colori dei simboli riflettono quella che è la causa più probabile del segnale (riportata anche nelle ultime colonne della tabella come percentuale). Nel caso dei segnali più deboli (in basso) il rumore è preponderante e rende difficile l'interpretazione della forma dell'onda; per questo, in quei casi i colori sono multipli. I due eventi osservati nella prima metà di Aprile sono forti e inequivocabili, anche se del primo non c'è una classificazione ufficiale ma è probabile che si tratti, come nell'altro casi, di una fusione tra buchi neri stellari di grande massa.
Tuttavia, parlando con un ricercatore direttamente coinvolto nel progetto, ho ricevuto indiscrezioni sulla possibilità che sia un fenomeno completamente diverso, addirittura di origine galattica (quindi intrinsecamente debole); in tal caso, i ricercatori starebbero analizzando a fondo i dati prima di fare un annuncio ufficiale e questo spiegherebbe l'assenza di una categorizzazione, per il momento.
Un altro evento intrigante è quello del del 26 Aprile, che potrebbe essere addirittura il primo caso di fusione tra buco nero e stella di neutroni; tuttavia, il segnale è debole e c'è una probabilità del 51% che sia qualcosa di diverso, eventualmente un segnale spurio di origine terrestre. Il giorno prima, peraltro, è stato osservato quello che, con ogni probabilità, è il secondo evento di fusione tra due stelle di neutroni rilevato finora; quello del 2017 fu accompagnato da emissione di onde elettromagnetiche in varie bande, dai raggi gamma alle onde radio; invece in questo caso non sono state osservate controparti elettromagnetiche e questo è vero anche per gli altri 9 eventi (ultima colonna della tabella precedente).
Tutto ciò nonostante la rete di allarme immediato approntata dagli astronomi e basata proprio sul sistema "Grace", in grado di allertare in pochi secondi molti telescopi a terra e nello spazio.
Va detto che, per ora, non è possibile escludere una origine terrestre per i tre eventi più deboli e meno significativi, quelli di origine incerta e con una frequenza da "falso allarme" inferiore ai 10 anni; tra questi, anche quello del 26 Aprile precedentemente menzionato. Anche volendo ignorare questo tipo di occorrenze meno significative, comunque, di questo passo ci si aspettano circa 50 eventi reali alla fine del ciclo di osservazioni lungo 11 mesi; si tratta di un campione che comincia ad essere statisticamente importante e capace di dirci molto su questi eventi estremi.
L'astronomia delle onde gravitazionali è ormai diventata adulta!

Riferimenti:
https://gracedb.ligo.org/latest/ 
http://www.virgo-gw.eu/ 

Commentato da Luigi Borghi.