Una nuova era per l’osservazione dell’universo

Il 17 agosto 2017 è una data destinata a rimanere nella storia della scienza. Alle 14:41, ora italiana, gli osservatori gravitazionali LIGO e Virgo hanno visto per la prima volta la collisione fra due stelle di neutroni. L’osservazione simultanea da parte dei telescopi spaziali Fermi (NASA) e Integral (ESA) di un breve lampo di raggi gamma associato alla stessa sorgente ha permesso di fare un salto notevole nella comprensione dell’universo. È la dimostrazione tanto attesa che i lampi di raggi gamma brevi, scoperti più di 40 anni fa, sono dovuti alla collisione di stelle di neutroni. Allo stesso tempo è la prima volta che un evento osservato dai rivelatori di onde gravitazionali viene visto anche da osservatori astronomici in orbita e a terra. 
Circa due anni fa le collaborazioni LIGO e Virgo sono riuscite a osservare per la prima volta le onde gravitazionali. Oggi, a meno di due settimane dal conferimento del premio Nobel per la Fisica per quel traguardo, LIGO e Virgo annunciano un secondo risultato di enorme rilevanza scientifica, che dimostra quanto sia stata feconda l’apertura di questa nuova finestra per l’esplorazione del cosmo. L’annuncio di questa osservazione, destinata a cambiare il modo in cui si guarda allo spazio, è stato seguito in tutto il mondo e anche all’Università di Trento, in un’aula affollata del Dipartimento di Fisica a Povo, collegati in diretta con la conferenza stampa in corso a Washington DC (USA) della collaborazione LIGO/Virgo e di circa 70 osservatori astronomici. 
La notizia - Per la prima volta nella storia dell’osservazione dell’universo, è stata rivelata un’onda gravitazionale prodotta dalla fusione di due stelle di neutroni e captata, dalle onde radio fino ai raggi gamma, la radiazione elettromagnetica associata alla poderosa esplosione avvenuta durante il fenomeno. È la prima volta che un evento cosmico viene osservato sia nelle onde gravitazionali che elettromagnetiche, avviando così l’era dell’astronomia multimessaggera, che estende in modo decisivo il nostro modo di “vedere” e “ascoltare” il cosmo. La scoperta è stata realizzata grazie alla sinergia tra i due Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (l'Osservatorio LIGO) negli Stati Uniti insieme al rivelatore VIRGO, in Europa, abbinata alle osservazioni e alle indagini nella banda elettromagnetica ottenute da 70 telescopi a terra, tra cui REM, VST, VLT, e osservatori spaziali, come Fermi e Integral, Swift, Chandra, Hubble, che hanno permesso di caratterizzare in modo chiaro tutta l’evoluzione dell’evento astrofisico.
Giovanni Andrea Prodi, coordinatore delle attività di analisi dati di Virgo e fisico dell’Università di Trento, ha seguito l’evento da Roma, dove era in corso una conferenza stampa al MIUR, promossa dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). «Questo risultato – ha commentato Prodi – apre una nuova era per l’astronomia, l’astronomia “multimessaggera”. Grazie alle informazioni ricevute dalle onde gravitazionali, possiamo finalmente svelare la natura di alcuni fra gli eventi astrofisici più catastrofici: i lampi di raggi gamma. Ciò è stato possibile grazie all’ingresso di Virgo nella rete di antenne per onde gravitazionali. I tre rivelatori LIGO e Virgo hanno lavorato nell’agosto 2017 come un singolo strumento planetario, rendendo possibile indicare la direzione nel cielo dove è avvenuta la fusione di due stelle di neutroni. I telescopi sono così riusciti a seguire l’evoluzione della luce emessa dalla materia espulsa dall’urto, a tutte le lunghezze d’onda. In quei processi si formano materiali per noi essenziali, gli elementi più pesanti del ferro, una parte importante della polvere di stelle di cui è fatto il nostro mondo. L’osservazione ha anche permesso di confrontare la velocità delle onde gravitazionali e della luce nella loro corsa verso la terra, concludendo che sono uguali a meglio di una parte su un milione di miliardi».
L’attesa e l’entusiasmo oggi all’Università di Trento per questa notizia erano palpabili, anche considerato il ruolo che i fisici trentini hanno avuto nella scoperta: «Il gruppo di Trento si occupa dello studio teorico di queste sorgenti per mezzo di simulazioni numeriche su supercomputer ed è in particolare attivo proprio sugli aspetti volti a trovare una connessione tra il segnale gravitazionale e le sue controparti elettromagnetiche» spiega Bruno Giacomazzo, fisico dell’Ateneo. «La scoperta di oggi non soltanto conferma l’importanza di questi studi, ma ci spinge anche ad aumentare ulteriormente gli sforzi fatti a Trento per essere pronti anche quando Virgo e LIGO avranno aumentato ulteriormente la loro sensibilità e saranno a disposizione nuove e più accurate misure. È definitivamente iniziata una nuova era nel campo della Astrofisica».
Collegato da Washington DC, anche il fisico Antonio Perreca, fisico arrivato dal California Institute of Technology (Caltech) e di recente entrato a far parte del corpo accademico dell’Ateneo trentino : «Da quest’anno l’Università di Trento assume un ruolo di primo piano anche dal punto di vista sperimentale, contribuendo all’aumento della sensibilità di Virgo che permetterà insieme a LIGO di captare segnali più lontani e allo stesso tempo di aumentare il numero di rivelazioni»
Glossario
Stelle di neutroni: stelle di massa tipicamente 1,4 volte quella del Sole, ma che possono raggiungere fino a 2 volte la massa del Sole, ma con un raggio inferiore ai 15 km. Un cucchiaino della materia di cui sono composte pesa più del monte Bondone.
Lampi di raggi gamma: fenomeni esplosivi osservati fin dagli anni 60. Si dividono in lunghi, associati con le esplosioni di supernove a seguito della morte di stelle massicce, e brevi, la cui origine invece è stata un mistero fino ad oggi.
La collaborazione Virgo consiste di oltre 280 fisici e ingegneri appartenenti a 20 diversi gruppi di ricerca europei: sei appartenenti al Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia; otto all'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia; due al Nikhef in Olanda; il MTA Wigner RCP in Ungheria; il gruppo POLGRAW in Polonia; uno all'Università di Valencia in Spagna; l'European Gravitational Observatory, EGO, il laboratorio che ospita il rivelatore Virgo vicino Pisa in Italia, finanziato da CNRS, INFN e Nikhef.
LIGO è finanziato da NSF e operato da Caltech e MIT, che hanno concepito LIGO e guidato i progetti Initial e Advanced LIGO. Il supporto finanziario per il progetto Advanced LIGO è stato fornito principalmente da NSF, con significative partecipazioni e contributi al progetto da parte di Germania (Max Planck Society), Gran Bretagna (Science and Technology Facilities Council) e Australia (Australian Research Council). Più di 1200 scienziati e circa 100 istituzioni da diverse parti del mondo partecipano nell'impresa attraverso la LIGO Scientific Collaboration, che include la Collaborazione GEO e la collaborazione australiana OzGrav. Ulteriori partecipanti sono elencati su http://ligo.org/partners.php.