Il 21 maggio 2019, gli interferometri LIGO e Virgo hanno rilevato congiuntamente un nuovo segnale etichettato GW190521: gli scienziati lo interpretano come la prima prova diretta di un nuovo tipo di sorgenti di onde gravitazionali, ossia gli Intermediate Mass Black Holes di massa compresa tra 100 e 1000 volte quella del sole.
GW190521 è stato molto probabilmente generato da una sorgente a 5 miliardi di parsec di distanza, quando l'universo aveva solo la metà della sua età, rendendolo una delle sorgenti di onde gravitazionali più distanti mai rilevate. Questa è anche l'emissione di onde gravitazionali più energetica rilevata finora, dato che un'enorme quantità di massa, corrispondente a 8 soli, è stata convertita in radiazione gravitazionale che sta attraversando l'universo.
“Si tratta di un segnale dalle caratteristiche inaspettate, analogamente a quanto accaduto per GW150914, la prima onda gravitazionale ad essere stata osservata”, afferma Giovanni Prodi professore del Dipartimento di Matematica di UniTrento e INFN-TIFPA. “Anche in questo caso, i nostri metodi di analisi dei dati, sviluppati da Trento in collaborazione con Florida, Padova, Trieste e Zurigo, hanno giocato un ruolo chiave. Siamo riusciti a fornire la prova più convincente della rilevazione e a verificare la consistenza del segnale con l’ipotesi di emissione dalla fusione di un sistema binario di buchi neri. Ancora una volta abbiamo dimostrato la capacità di eseguire scoperte inaspettate con LIGO e Virgo".
“Il segnale ha una durata estremamente breve, poco più di quattro oscillazioni con una durata di meno di un decimo di secondo”, afferma il dottor Francesco Salemi del Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento e INFN-TIFPA. “La sua interpretazione è stata molto impegnativa. Riteniamo che rappresenti l'istante in cui due buchi neri (di circa 85 e 66 masse solari ciascuno) si sono fusi insieme. La fusione ha creato il buco nero più massiccio mai rilevato con onde gravitazionali, circa 150 masse solari".
"L’oggetto finale è in un intervallo di massa entro il quale nessun buco nero è mai stato osservato prima, tramite onde gravitazionali o osservazioni elettromagnetiche, e può aiutare a spiegare la formazione di buchi neri supermassivi, ovvero gli oggetti spesso trovati al centro di galassie con masse tra i milioni ed i miliardi di volte la massa del sole. Inoltre, la componente più massiva del sistema binario si trova in un intervallo proibito dalla teoria dell'evoluzione stellare e sfida la nostra comprensione degli stadi finali della vita di stelle massicce. In effetti, GW190521 evidenzia l'esistenza di popolazioni di buchi neri che non sono mai state osservate prima o sono inaspettate e, così facendo, solleva nuove interessanti domande sui loro meccanismi di formazione.
La ricerca di onde gravitazionali prodotte nella fusione di binarie di oggetti astrofisici compatti viene spesso eseguita da algoritmi che confrontano il segnale con un ampio database di forme d'onda, calcolate per specifiche proprietà della sorgente. Invece, l’algoritmo sviluppato dal nostro gruppo (coherent WaveBurst) ricerca segnali di forma generica. Questo software ha rilevato il segnale in modo più chiaro rispetto agli algoritmi "specializzati" che cercano modelli d'onda specifici nei dati. Ciò è dovuto alle masse eccezionalmente elevate coinvolte in questo evento di onde gravitazionali e, probabilmente, alla precessione del sistema binario (una variazione dell’orientazione del piano orbitale causata dalla rotazione veloce dei buchi neri attorno a se stessi)."
Il gruppo Virgo di Trento è inoltre impegnato nello sviluppo del rivelatore Advanced Virgo, che opera presso l'Osservatorio Gravitazionale Europeo di Cascina (Pisa), e nella modellazione e interpretazione delle emissioni multi-messaggero che coinvolgono le collisioni di stelle di neutroni.
Composizione del gruppo Virgo di Trento: prof. Albino Perego, prof. Antonio Perreca, prof. Giovanni Prodi, Dr. Andrea Grimaldi, Dr. Andrea Miani, Dr. Francesco Salemi e Dr. Michele Valentini.
La Collaborazione Virgo è attualmente composta da circa 580 membri provenienti da 109 istituti in 13 paesi diversi, tra cui Belgio, Francia, Germania, Grecia, Ungheria, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Spagna, Monaco e Giappone. L'Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) ospita il rilevatore Virgo vicino a Pisa in Italia, ed è finanziato dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia, dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia e da Nikhef nei Paesi Bassi. Un elenco dei gruppi di Virgo è disponibile su http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/. Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito web di Virgo.
LIGO è finanziato dalla National Science Foundation (NSF) e gestito da Caltech e MIT, che hanno concepito LIGO e guidato il progetto. Il sostegno finanziario per il progetto Advanced LIGO è stato guidato dalla NSF, con la Germania (Max Planck Society), il Regno Unito (Science and Technology Facilities Council) e l'Australia (Australian Research Council-OzGrav) che hanno assunto impegni e contributi significativi al progetto. Circa 1.300 scienziati di tutto il mondo partecipano allo sforzo attraverso la LIGO Scientific Collaboration, che include la Collaborazione GEO. Un elenco di altri partner è disponibile a questo link: https://my.ligo.org/census.php.
Pubblicazioni scientifiche sulla scoperta:
GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M⊙
Properties and Astrophysical Implications of the 150 M ⊙ Binary Black Hole Merger GW190521