Coelum Astronomia 218 - 2018 - Page 95

L'entrata in attività di Advanced Virgo nel 2017 e il coordinamento con LIGO sono stati cruciali per la localizzazione, nell'agosto del 2017, del primo segnale gravitazionale dovuto alla coalescenza di due stelle di neutroni nell'area di cielo dove si trova la costellazione dell'Idra. Fino a quel momento, gli interferometri avevano rivelato solo coalescenze di buchi neri molto massicci. Tuttavia, la frequenza a cui gli interferometri hanno la massima sensibilità è quella della fase finale di un sistema binario di stelle di neutroni, il che spiega in parte la durata molto più lunga, quasi 100 secondi, del segnale rivelato nell'agosto 2017, rispetto a quella, inferiore al secondo, dei sistemi di buchi neri: nel caso di questi ultimi, la maggior parte della fase di spiraleggiamento avviene a una frequenza a cui gli interferometri sono poco sensibili ed è affetta in modo drammatico da rumore di origine sismica. Inoltre, le stelle di neutroni sono più leggere dei buchi neri (le masse delle stelle di neutroni possono essere da 1,2 a 2,4 masse solari, mentre le masse dei buchi neri stellari sono almeno 3 masse solari), sicché la fase di spiraleggiamento di due stelle di neutroni è più lenta e produce quindi un segnale più durevole rispetto al caso di due buchi neri.

Il 17 agosto 2017 alle 12:41 (tempo universale), Advanced LIGO rivelò un segnale gravitazionale, chiamato GW170817, la cui forma d'onda era compatibile con la fase finale di un sistema binario di stelle di neutroni. Virgo non riuscì a rivelare il segnale, essendo questo situato in una zona di cielo inaccessibile all'interferometro, un considdetto "punto cieco". Tuttavia la mappa dei punti ciechi di Virgo è nota, sicché è stato possibile ridurre l'incertezza sulla posizione della sorgente proprio in base a questa informazione. Essa risultò essere dell'ordine di 28 gradi quadrati in cielo, pari a circa 140 volte il disco lunare.

Poiché la frequenza di un segnale gravitazionale dipende dalle masse dei corpi, queste possono essere stimate e da questa stima viene univocamente determinata l'ampiezza del segnale, con un'incertezza che dipende dall'errore sulle masse e dall'inclinazione del sistema rispetto all'osservatore. Questa proprietà delle onde gravitazionali ne fa delle "sirene standard", analoghe cioè alle candele standard usate in astrofisica per calibrare la scala delle distanze. Le candele standard sono sorgenti di cui si conosce la luminosità con grande accuratezza. Confrontando il loro flusso osservato (equivalente alla luminosità divisa per 4 volte pi greco e per il quadrato della distanza) con la luminosità nota, se ne calcola la distanza indipendentemente da qualsiasi altro metodo. Allo stesso modo, dal confronto dell'ampiezza di un segnale gravitazionale osservato con quella attesa in base alle masse che lo hanno prodotto, si ricava la distanza del sistema binario. Nel caso di GW170817 si è stabilito che la distanza era dell'ordine di 100-150 milioni di anni luce.

A sinistra. Questa rappresentazione artistica mostra due stelle di neutroni piccolissime, ma molto dense, sul punto di fondersi e esplodere come kilonova. Un evento raro che dovrebbe produrre sia onde gravitazionali che un lampo di raggi gamma corto. Entrambi questi segnali sono stati osservati il 17 agosto 2017 rispettivamente da LIGO-VIrgo e da Fermi/INTEGRAL. Crediti: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser.

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