L’Universo delle Onde Gravitazionali
Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo: Albert Einstein le predisse per la prima volta nel 1916, come conseguenza della sua teoria della Relatività Generale. La gravità viene quindi spiegata come il risultato della curvatura dello spazio-tempo generata dalla presenza di massa-energia. Queste deformazioni dello spazio-tempo possono propagarsi sotto forma di onde gravitazionali, che viaggiano alla velocità della luce, attraversando l’universo.
Le onde gravitazionali generate da fenomeni umani sono sempre trascurabili: per rivelare onde gravitazionali significative dobbiamo guardare il cielo e osservare gli effetti prodotti da corpi celesti massicci in rapido movimento. Possibili sorgenti di onde gravitazionali includono la fusione di sistemi binari di buchi neri o stelle di neutroni, le esplosioni di supernovae, gli starquakes (terremoti stellari), le oscillazioni di buchi neri e le stelle di neutroni in rotazione. Virgo si propone inoltre di rivelare la somma incoerente di numerose onde gravitazionali indistinguibili singolarmente, che insieme formano il cosiddetto background di onde gravitazionali. Esiste anche la possibilità di rivelare onde gravitazionali da sorgenti inaspettate, che al momento non siamo ancora in grado di prevedere.
Dopo decenni di sviluppi scientifici e tecnologici, il 14 settembre 2015, la collaborazione LIGO e Virgo ha finalmente osservato per la prima volta un segnale di onda gravitazionale, grazie ai dati dei due rivelatori Advanced LIGO, situati a Hanford e Livingston. Quel primo segnale, proveniente dalla fusione di due buchi neri, è noto come GW150914 – i segnali di onde gravitazionali vengono infatti denominati in base alla data (anno-mese-giorno) della loro rivelazione.
La prima rivelazione significativa che ha coinvolto Advanced Virgo insieme ai due LIGO è avvenuta il 14 agosto 2017, ed è stata quindi chiamata GW170814.
Tre giorni dopo, il 17 agosto 2017, la rete dei tre interferometri ha osservato per la prima volta un’onda gravitazionale prodotta dalla fusione di due stelle di neutroni: il celebre evento GW170817. Questo segnale è stato rivelato in coincidenza temporale (con un ritardo di soli 1,7 secondi) rispetto a un breve lampo di raggi gamma osservato dai satelliti Fermi e INTEGRAL. Questa scoperta rivoluzionaria – la prima osservazione congiunta di onde gravitazionali e luce provenienti dalla stessa sorgente – ha dato origine alla cosiddetta astronomia multi-messaggera.
Nei periodi di osservazione di Virgo e LIGO, sono state rivelate un totale di 90 onde gravitazionali, emesse dalla coalescenza di oggetti compatti relativistici. La maggior parte di questi eventi (ma non tutti) proviene da sistemi di due buchi neri (BBH), che orbitano l’uno intorno all’altro fino alla loro fusione. Ciò che riveliamo sono le onde gravitazionali emesse negli ultimi giri dello spiraleggiamento, seguiti dalla loro coalescenza e dalla formazione di un buco nero più massiccio.