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Buchi neri, anche l’Università di Perugia ha contribuito alla scoperta dell’ ‘anello mancante’

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Buchi neri, anche l’Università di Perugia ha contribuito alla scoperta dell’ ‘anello mancante’

Redazione
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Un momento della conferenza stampa

PERUGIA – Circa sette miliardi di anni fa due buchi neri straordinariamente massicci si sono fusi in un buco nero di 142 masse solari, il più massiccio rivelato fino a oggi, generando il segnale gravitazionale captato dai sistemi Virgo e Ligo il 21 maggio di un anno fa. Di questo si è discusso mercoledì al Rettorato dell’Università di Perugia nel corso di una conferenza stampa, tenuta in contemporanea con l’omologo evento internazionale, alla quale hanno partecipato i professori Helios Vocca (delegato del Rettore per la ricerca) e Roberto Rettori (delegato per l’orientamento). Quello captato da Virgo e Ligo, le due antenne con le quali vengono studiate le onde gravitazionali che attraversano l’Universo, è un buco nero di massa intermedia, che fa parte di una nuova e inaspettata popolazione di buchi neri, anello mancante nell’evoluzione di questi oggetti cosmici, a lungo sfuggito agli astronomi. Una scoperta che è pubblicata sulle riviste Physical review letters e Astrophysical journal letters.

Intervallo Trovandosi in un intervallo di massa in cui nessun buco nero è mai stato osservato prima (né con le onde gravitazionali, né con radiazione elettromagnetica), la scoperta può quindi fornire informazioni utili a spiegare la formazione dei buchi neri supermassicci. “Inoltre – è stato detto mercoledì – il più massiccio tra i due buchi neri che abbiamo visto fondersi sfida la nostra comprensione dei meccanismi di formazione dei buchi neri: sulla base dei modelli attuali, uno di 85 masse solari non può formarsi dal collasso di una stella massiccia. La distanza di luminosità della sorgente che ha prodotto il segnale dell’onda gravitazionale, rivelato dai tre interferometri della rete globale e chiamato GW190521, è stata stimata essere di circa 17 miliardi di anni luce. L’Universo – ha detto Marica Branchesi, astronoma e professoressa associata di fisica astroparticellare del Gran Sasso Science Institute dell’Aquila – ci sorprende ancora attraverso le onde gravitazionali: una nuova scoperta al limite dei modelli teorici che apre nuovi enigmi e scenari”.

Anni  “Ora, grazie ai livelli di sensibilità raggiunti dagli interferometri Ligo e Virgo – commenta Giulia Pagliaroli, ricercatrice al Gssi – siamo riusciti a osservare una fusione avvenuta circa 7 miliardi di anni fa. E da un segnale che dura circa un decimo di secondo possiamo imparare sui buchi neri più di quanto abbiamo appreso in secoli di astronomia tradizionale». Un segnale molto breve e complesso, per il quale sono state prese in considerazione anche altre possibili sorgenti, poi scartate. «Grazie sia all’alta precisione dell’osservazione sia all’analisi molto sofisticata del segnale – è stato aggiunto mercoledì -, gli scienziati sono stati in grado di dedurre che almeno uno dei buchi neri iniziali ruotava molto rapidamente. La complessità del segnale mostra, infatti, un’indicazione di precessione, cioè una rotazione del piano orbitale prodotta da rotazioni di grande ampiezza e particolare orientamento: lo spin dei buchi neri ha, quindi, causato persino una rotazione del piano dell’orbita. Questa osservazione rafforza l’ipotesi che i buchi neri primari si siano formati e vivessero in un ambiente cosmico molto instabile e affollato, come ammassi densi di stelle o dischi di accrescimento di nuclei galattici attivi”.

Ruolo Il ruolo rivestito dall’Università di Perugia è importante: il gruppo di scienziati che lavora all’esperimento Virgo per la rivelazione e lo studio di onde gravitazionali fa parte del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Ateneo e della Sezione di Perugia dell’Infn e da circa trent’anni si occupa dei rivelatori delle onde gravitazionali. Il gruppo si occupa per lo più di elaborare modelli teorici e tecniche sperimentali per studiare la dinamica dei sistemi fisici non lineari e in particolare per lo studio del rumore. Si tratta cioè di conoscere le caratteristiche e saper limitare o utilizzare in modo efficiente tutte quelle vibrazioni che popolano i fenomeni naturali, dalle vibrazioni delle molecole e degli atomi dovute alla temperatura, alle vibrazioni macroscopiche che potrebbero disturbare la rivelazione dei segnali che arrivano dal cosmo e che l’esperimento Virgo rivela. Oltre a questo negli ultimi anni ha acquisito competenze di ottica quantistica, di data analisi e modellistica della Relatività generale per sistemi compatti.

L’Ateneo A coordinare il gruppo (12 tra scienziati e tecnici del Dipartimento e della sezione di Perugina dell’Infn fanno parte del team coinvolto nell’osservazione e nell’analisi dei dati) è Vocca. Il gruppo di Perugia ha fatto sì che il segnale delle onde gravitazionali non si confondesse con altri disturbi provenienti dall’ambiente occupandosi, sin dalla nascita del progetto Virgo, dello sviluppo del sistema per sospendere gli specchi all’interno delle torri dell’esperimento. Il rivelatore installato a Cascina, nelle campagne poco fuori Pisa, è costituito da due lunghi tubi di tre chilometri l’uno, disposti perpendicolarmente tra loro a formare una elle. All’interno di questi tubi si fa il vuoto e viene fatto correre un raggio laser avanti e indietro attraverso un sistema di specchi. È proprio lo spostamento degli specchi al passaggio dell’onda gravitazionale che ne rileva la presenza; ecco perché la realizzazione delle parti costruite da Perugia è essenziale.

Competenze Vocca ha espresso “grande soddisfazione» ricordando che l’impegno del team perugino «è stato ampiamente riconosciuto a livello internazionale; siamo anche coinvolti nel management sia del progetto Virgo, sia del nuovo esperimento giapponese ‘Kagra’, guidato da Takaaki Kajita, premio Nobel per la Fisica nel 2015 e laureato honoris causa del nostro Ateneo. Del nostro gruppo, inoltre – aggiunge Vocca – fa parte anche il dottor Michele Punturo, della sezione Infn di Perugia, attualmente principal investigatordell’esperimento ‘Einstein Europe’, il futuro detector europeo per le onde gravitazionali. Il team di Perugia possiede competenze uniche al mondo in particolare sulle sospensioni degli specchi degli interferometri”.

Ricadute Ed è proprio sulla base di queste competenze che che insieme a colleghi di altri paesi europei e giapponesi Vocca e gli altri stanno lavorando “per creare un laboratorio internazionale proprio a Perugia o comunque in Umbria, al fine di sfruttare le ricadute tecnologiche dei rilevatori di onde gravitazionali in altri settori, quali ad esempio – ha spiegato – quello del rischio sismico, affinché le avanzatissime tecnologie utilizzate nello spazio servano al miglioramento della vita dei cittadini. E le ricadute saranno anche didattiche dato che l’obbiettivo è quello di creare un’offerta innovativa interuniversitaria, ovvero corsi di laurea realizzati in partnership con altri Atenei del centro-Italia – ha spiegato Vocca – per dar vita a una ‘scuola’ che sia davvero unica persino a livello internazionale”.

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