Grazie alle onde gravitazionali "fotografata" la fusione di due stelle di neutroni

Gli scienziati hanno riferito che le due stelle di neutroni, a conclusione del loro inesorabile e sempre più frenetico processo di avvicinamento, hanno spiraleggiato una intorno all'altra, emettendo onde gravitazionali che sono state osservate per circa 100
secondi. La scoperta, hanno detto gli esperti coinvolti nella scoperta, apre l'era dell'astronomia multimessaggero e allarga notevolmente il nostro modo di "vedere" e "ascoltare" l'Universo. Il goal, hanno sottolineato, è stato ottenuto grazie ad un grande gioco di squadra tra i due Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory dell'Osservatorio LIGO, negli Stati Uniti, insieme al rivelatore VIRGO installato a Cascina di Pisa, in Europa, gli stessi che avevano confermato al mondo l'esistenza delle onde gravitazionali previste da Einstein.

  
L'annuncio della nuova cruciale scoperta, in cui l'Italia ha un peso determinante, è stato dato in contemporanea nel corso di tre conferenze stampa simultanee organizzate a Roma dal Miur con Infn, Inaf e Asi, alla presenza della ministra dell'Istruzione, Università e Ricerca, Valeria Fedeli, a Washington dalla National Science Foundation con la collaborazione dei rivelatori di onde gravitazionali Ligo e Virgo, ed in Germania dall'Osservatorio Europeo Australe (Eso) dal suo quartier generale di Garching.
L'Italia è tra i protagonisti a livello mondiale di questo straordinario risultato con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare,
che ha fondato il rivelatore per onde gravitazionali Virgo, l'Istituto Nazionale di Astrofisica, che ha "fotografato" e quindi riconosciuto e caratterizzato, tra i primi al mondo con strumenti da terra e dallo spazio, la sorgente denominata AT2017gfo e l'Agenzia Spaziale Italiana, che partecipa con missioni dedicate all''astrofisica delle alte energie. Alla scoperta hanno contribuito le osservazioni e le indagini nella banda elettromagnetica ottenute da 70 telescopi a terra che hanno permesso di caratterizzare in modo chiaro l'origine dell'onda.

Al lavoro sono stati, tra gli altri, i telescopi Rem, Vst, Vlt, e gli osservatori spaziali, come Fermi e Integral, Swift, Chandra, Hubble. Quando le due stelle di neutroni si sono scontrate, hanno emesso un lampo di luce sotto forma di raggi gamma, osservato nello spazio circa due secondi dopo l''emissione delle onde gravitazionali dal satellite Fermi della Nasa e quindi confermato dal satellite Integral dell'Esa. Nelle settimane e nei prossimi mesi, i telescopi di tutto il mondo continueranno a osservare l''evoluzione della collisione delle stelle di neutroni e a raccogliere ulteriori prove sulle varie fasi della loro fusione, la sua interazione con l'ambiente circostante e i processi che producono gli elementi più pesanti dell'universo. La sfida della astrofisica di eventi multimessaggeri è appena stata lanciata e gli scienziati italiani sono pronti a raccoglierla. I risultati di Ligo-Virgo sono pubblicati oggi nella rivista Physical Review Letters.

  
Ideatori e fondatori di Ligo sono Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip S. Thorne che hanno conquistato il Nobel per la Fisica 2017 per la scoperta delle onde gravitazionali, mentre papà di Virgo è l'italiano Adalberto Giazotto, uno dei maggiori protagonisti del settore. Molti altri articoli sia delle collaborazioni Ligo e Virgo che della comunità astronomica legata ai telescopi spaziali – come Integral, Fermi, Swift e Agile- sono stati presentati o accettati per la pubblicazione in varie riviste, e vedono protagonisti moltissimi ricercatori italiani.

Sono considerate una delle chiavi di volta dell'Universo, che ci consentiranno di capire e vedere lo spazio profondo con occhi diversi. Le onde gravitazionali, al centro della nuova scoperta sono perturbazioni del campo gravitazionale che si propagano alla velocità della luce. Sono state previste dalla Teoria della Relatività Generale formulata da Albert Einstein. Einstein rivoluzionò i concetti di spazio e di tempo ipotizzando che uno stesso fenomeno, osservato da sistemi di riferimento diversi, potesse apparire diverso, al punto che anche il tempo potesse scorrere in modo diverso.

Al sistema di riferimento che descrive un fenomeno si deve quindi aggiungere, alle tre coordinate spaziali, una coordinata temporale passando da tre a quattro dimensioni (spazio-tempo). La teoria della relatività generale, che descrive i fenomeni connessi con la gravitazione, prevede che la forma dello spazio-tempo dipenda dalla distribuzione della materia in esso presente: la massa di una stella incurva la trama dello spazio-tempo come se questo fosse un telo invisibile. Quando questa distribuzione viene modificata, ad esempio la fusione di due buchi neri o di due stelle di neutroni, la forma dello spazio-tempo cambia di conseguenza. Questa variazione non è istantanea in tutto l'Universo ma si propaga, dal luogo dove ha avuto origine, alla velocità della luce. La propagazione della variazione della forma dello spazio-tempo prende il nome di onda gravitazionale e possiamo assimilarla all'increspatura sulla superficie di un lago dopo il lancio di un sasso.

L'osservazione delle onde gravitazionali è importante perché fornisce informazioni significative e complementari all'osservazione di onde elettromagnetiche (luce, onde radio, raggi X e gamma) e di particelle elementari (raggi cosmici, neutrini) di origine astrofisica. Potrebbero svelare aspetti dell'universo finora inaccessibili: i processi più drammatici del cosmo sono sorgente di onde gravitazionali, e l'osservazione di queste onde ci consente di ottenere informazioni sulle masse e sui meccanismi coinvolti nell'emissione. Inoltre, contrariamente ai telescopi che possono osservare solo una piccola porzione del cielo alla volta, i rivelatori di onde gravitazionali sono per loro natura non direzionali e sono quindi in ascolto di un grande volume di universo, il cui raggio è ovviamente determinato dalla sensibilità dei rivelatori. Inoltre, la misura del fondo stocastico gravitazionale, che può essere originato da sorgenti cosmologiche oltreché astrofisiche, porterà informazioni sull'Universo primordiale a un tempo molto prossimo al momento del Big Bang.