Si apre una nuova era dell'astronomia

Dal segnale generato dalla fusione di due stelle di neutroni una cascata di scoperte

 

Da oggi l'astronomia non è più la stessa: una rivoluzione come quella di Galileo quando puntò il cannocchiale verso il cielo. E' stato infatti catturato il segnale generato dalla fusione di due stelle di neutroni, così dense da costituire uno stato estremo della materia. Lo hanno ascoltato e visto i rivelatori di onde gravitazionali Ligo e Virgo e 70 telescopi da Terra e spaziali, con una cascata di scoperte. L'annuncio in contemporanea in Italia, Europa e Usa. Ruolo cruciale dell'Italia con Infn, Inaf e Asi.
Tre conferenze internazionali in simultanea hanno presentano i risultati da Stati Uniti, Germania e Italia, che ha dato un contributo importante con Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e Agenzia Spaziale Italiana (Asi). Le conferenze sono state trasmesse in diretta streaming da Washington, presso la National Science Foundation, da parte della collaborazione dei rivelatori di onde gravitazionali Ligo e Virgo, da Garching da parte dell'Osservatorio Europeo Australe (Eso) e da Venezia da parte dell'Agenzia Spaziale Europea (Esa). Trasmessa in diretta streaming anche la conferenza da Roma, al ministero dell'Istruzione, l'Università e la Ricerca, alla presenza del ministro per l'Istruzione, l'Università e la Ricerca Varia Fedeli.

Un passo in avanti epocale
I risultati di questa importante scoperta sono pubblicati su numerose riviste internazionali, fra le quali Physical Review Letters, Nature e Science, e segnano un passo in avanti epocale nella storia dell'astronomia. E' infatti la prima volta che un evento cosmico viene osservato sia con le onde gravitazionali sia con quelle elettromagnetiche, aprendo l'era dell'astronomia multimessaggero che, sfruttando contemporaneamente segnali diversi, trasforma il modo di vedere e ascoltare l'universo. Per la prima volta, infatti, ci sono gli strumenti per ascoltare contemporaneamente segnali cosmici molto diversi, come le onde gravitazionali, quelli ottici, i raggi X e l'ultravioletto.

Il ruolo dell'Italia
L'Infn ha contribuito a questi risultati con il rivelatore di onde gravitazionali Virgo, che fa capo all'Osservatorio Gravitazionale Europeo (Ego) e si trova in Italia, a Cascina (Pisa). Insieme ai due strumenti del rivelatore americano Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo ha permesso di capire da dove proveniva il segnale dell'onda gravitazionale. L'Inaf, con la sua rete di telescopi basati a Terra e nello spazio, è stato fra i primi al mondo a 'fotografare', riconoscere e descrivere la sorgente del segnale e l'Asi ha contribuito alle osservazioni grazie ai telescopi spaziali dedicati allo studio dei fenomeni più ricchi di energia dell'universo, come le emissioni di lampi gamma. Fra i telescopi a Terra che hanno contribuito alla ricerca ci sono Rem, Vst e Vlt, i telescopi spaziali sono Fermi e Integral, Swift, Chandra e Hubble.

Vista nell'Universo una 'fabbrica' di oro e platino - Per la prima volta è stata osservata una 'fabbrica' di elementi pesanti, come oro e platino. E' la coppia di stelle di neutroni, così dense da essere considerate l'anticamera dei buchi neri, che fondendosi ha generato le onde gravitazionali ascoltate da Ligo e Virgo e poi l'esplosione accompagnata da un lampo di raggi gamma vista dal satellite Fermi e confermata dal satellite Integral dell'Agenzia Spaziale Europea (Esa). Poi i telescopi, molti dell'Inaf, hanno visto i segnali spia della nascita degli elementi pesanti. 
Dopo decine d'anni è stato risolto il mistero dell'origine di quasi la metà degli elementi più pesanti del ferro ed è arrivata anche la prima conferma diretta che le collisioni tra stelle di neutroni danno origine ai lampi di raggi gamma (o Gamma-Ray Burst, Grb) di breve durata. Le stelle di neutroni sono relitti cosmici, quello che resta quando una stella è esplosa in una supernova e poi la materia è collassata diventando straordinariamente densa e compatta. Quando raggiunge questo stato estremo la materia non è più quella che conosciamo, fatta di atomi con nuclei composti da protoni e neutroni, ma è formata quasi del tutto da neutroni tenuti insieme da forze che impediscono loro di collassare del tutto. Una materia che si trova in questo stato estremo è l'anticamera di un buco nero, impossibile da riprodurre in laboratorio e mai osservata finora. Mentre si avvicinavano inesorabilmente ruotando l'una intorno all'altra, le due stelle di neutroni hanno emesso le onde gravitazionali ascoltate da Ligo e Virgo per circa 100 secondi. Quando si sono scontrate hanno emesso un lampo gamma, visto da Fermi circa due secondi dopo l'arrivo delle onde gravitazionali. Questo lavoro di squadra ha permesso di localizzare le due stelle, indicate con la sigla AT2017gfo, nella periferia della galassia NGC4993, in direzione della costellazione dell'Idra e alla distanza di 130 milioni di anni luce. Puntando in quella direzione i telescopi spaziali e a Terra gli astronomi, con l'Inaf in prima fila, hanno visto la fusione della coppia di stelle nella luce visibile, ai raggi X, ultravioletti, infrarossi e nelle onde radio, osservando i segnali spia della formazione dei metalli pesanti. Hanno contribuito all'osservazione telescopi spaziali, come Integral e Swift, ai quali partecipa l'Agenzia Spaziale Italiana (Asi), Chandra (Nasa) e Hubble (Nasa-Esa), e telescopi a Terra come Rem (Rapid Eye Mount) e quelli dell'Osservatorio Europeo Australe (Eso) Vlt (Very Large Telescope e Vst (Vlt survey telescope).

Onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce - Le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce. E' un altro risultato ottenuto dai rilevatori Ligo e Virgo e dal satellite Fermi. I dati dimostrano ancora una volta che Einstein aveva ragione. Il fenomeno era stato infatti previsto oltre un secolo fa dalla teoria della relatività. I dati raccolti da più strumenti hanno anche permesso di misurare la costante di Hubble, ossia la velocità di espansione dell'universo.
Fisici e astrofisici hanno ricostruito la straordinaria corsa dei due segnali emessi dalla fusione delle stelle di neutroni avvenuta nella periferia della galassia NGC 4993, nella costellazione dell'Idra, alla distanza di 130 milioni di anni luce dalla Terra. Da lì sono partite le onde gravitazionali ricevute dai rivelatori Ligo e Virgo, che si trova in Italia e al quale l'Italia partecipa con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e da lì è partita anche la luce del lampo gamma che ha accompagnato l'esplosione e che è stato visto dal satellite Fermi della Nasa, al quale l'Italia partecipa con l'Agenzia Spaziale Italiana (Asi). "Sappiamo che entrambi i segnali hanno viaggiato per 130 milioni di anni e che il segnale luminoso è stato osservato 1,7 secondi dopo quello dell'onda gravitazionale", ha detto all'ANSA il fisico Gianluca Gemme, coordinatore nazionale di Virgo per l'Infn. Questa differenza nei tempo di arrivo dei due segnali è stata calcolata in un numero estremamente piccolo e sostanzialmente è corretto dire che le due velocità si equivalgono, come aveva previsto Einstein.



I COMMENTI
Fedeli, meraviglioso risultato, frutto di uno sforzo congiunto - Un meraviglioso risultato frutto di uno sforzo congiunto nel quale l'Italia ha avuto un ruolo molto importante: così il ministro per l'Istruzione, l'Università e la Ricerca, Valeria Fedeli, ha commentato i risultati della prima osservazione della nuova astronomia, basata su un 'coro' di strumenti diversi e per questo chiamata multimessaggero. "Ci congratuliamo con tutta la comunità scientifica mondiale, che ha avuto la volontà e la capacità di coordinarsi in modo così efficace da portare a realizzazione il progetto, perseguito da anni, di dare inizio a una nuova astronomia", ha detto. "E' motivo di soddisfazione per noi il ruolo che ha avuto il nostro Paese, grazie all'Infn con Virgo - l'esperimento che ha rivelato le onde gravitazionali consentendo di localizzare la sorgente nel cielo - all'Inaf con i telescopi Rem, Vst e Vlt, e all'Asi con i satelliti Integral e Swift, che tutti assieme con le loro osservazioni hanno ricavato l'eccezionale abbondanza di risultati scientifici oggi presentata".
Un ringraziamento quindi da Valeria Fedeli a "tutte le ricercatrici e i ricercatori italiani, che con grande passione, dedizione e visione hanno lavorato a questo straordinario progetto di ricerca, mettendo a frutto le formidabili competenze scientifiche distribuite nei tre enti nazionali. Lo sforzo congiunto di tutti loro - ha concluso - ha permesso il conseguimento di questo meraviglioso risultato, ottenuto in virtuosa collaborazione con le colleghe e i colleghi dei maggiori centri di ricerca del mondo".

Ferroni (Infn), nuove risposte sull'Universo - Da oggi cambia il modo in cui è possibile rispondere alle domande sull'universo: per il presidente dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Fernando Ferroni, è questo il grande risultato della prima osservazione di una sorgente di onde gravitazionali da parte di un coro di strumenti. "Un modo completamente nuovo di cercare risposte alle nostre domande sull'universo. È questo il significato della scoperta che oggi celebriamo", ha rilevato. Un risultato che "ci fa gioire. Come donne e uomini di scienza, perché - ha aggiunto - avere a disposizione nuovi strumenti di indagine è per noi bello quanto avere nuovi interrogativi cui dare risposta. E come persone, perché questo traguardo è stato conquistato grazie all'impegno congiunto di migliaia di noi". In particolare, ha concluso, "come Infn siamo felici perché abbiamo dato un contributo fondamentale per l'ottenimento di questo risultato e ciò rappresenta il coronamento di un progetto ambizioso, Virgo, iniziato oltre 20 anni fa dal visionario e tenace fisico Adalberto Giazotto".

D'Amico (Inaf), un torrente di pubblicazioni - Un grande successo per l'Italia e orgoglio per il grande numero di pubblicazioni scientifiche firmate da ricercatori dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf): per il presidente dell'Inaf, Nicolò D'Amico, la prima osservazione della sorgente di un'onda gravitazionale fatta da circa 70 strumenti è "un grande successo per il Paese e un grande successo per il nostro ente, l'unico al mondo che possiede al suo interno tutte le risorse intellettuali e strumentali per osservare l'universo a tutte le lunghezze d'onda, da terra e dallo spazio". Per D'Amico "la presenza autorevole delle nostre ricercatrici e dei nostri ricercatori nel torrente di articoli che straripano oggi nelle più prestigiose riviste scientifiche internazionali è per noi motivo di grande soddisfazione e orgoglio".

Battiston (Asi), è una giornata storica - Una giornata storica che segna l'inizio di una nuova era: il presidente dell'Agenzia Spaziale Italiana (Asi), Roberto Battiston, giudica un passo in avanti epocale la prima osservazione congiunta della sorgente di un'onda gravitazionale, fatta con strumenti di tipo diverso. "E' una giornata storica per la scienza e si apre una nuova era per la ricerca spaziale. Da anni - ha rilevato - attendevamo la nascita dell'astronomia multi messaggero, che sfrutta i vari tipi di radiazione che raggiungono la Terra dagli angoli più remoti dell'universo". Per questo, ha aggiunto, "i risultati presentati oggi da osservatori terrestri e spaziali, gravitazionali ed elettromagnetici aprono una nuova era nello studio dell'universo. È stata confermata, ancora una volta, la validità della teoria della relatività di Einstein che prevede che anche le onde gravitazionali viaggino alla velocità della luce".
n grande risultato nel quale, ha detto ancora, "la ricerca italiana ha avuto una parte importantissima, dimostrando di saper coordinare i diversi ambiti e diversi tipi di strumentazione, a Terra e nello spazio, facendo parte a pieno titolo dei più importanti network di ricerca mondiali. L'Asi - ha concluso - è già impegnata per raggiungere la prossima frontiera, la realizzazione del grande interferometro Lisa per la rivelazione delle onde gravitazionali nello spazio, capace di moltiplicare di ordini di grandezza la sensibilità a questo nuovo tipo radiazione".

PARLANO I RICERCATORI

D'Avanzo (Inaf), osservazioni storiche  - Sono "risultati di portata storica", quelli presentati oggi a Roma, così numerosi e rivoluzionari da lasciare senza fiato, ha detto all'ANSA Paolo D'Avanzo, dell'osservatorio di Brera dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e autore con Elena Pian dell'articolo pubblicato sulla rivista Nature. "Il fenomeno che abbiamo osservato - ha proseguito - è stato causato dalla collisione di due stelle di neutroni, vale a dire due relitti stellari, tutto ciò che resta di stelle massicce quando collassano come supenovae. Per avere un'idea della loro densità possiamo immaginare l'intera umanità compressa in una zolletta di zucchero". Gli astronomi sono entrati in campo non appena i rivelatori di onde gravitazionali Ligo e Virgo hanno "localizzato con una precisione mai raggiunta prima la direzione cielo da cui proveniva il segnale. Quindi abbiamo cominciato una ricerca accurata in tutte le galassie finché non siamo riusciti a trovare quella in cui si era accesa una nuova luce, e la luce di quelle stelle in collisione era la controparte elettromagnetica del segnale rilevato dalle onde gravitazionali".

Gemme (Infn), risultati senza precedenti - Sono "senza precedenti" i risultati scaturiti dalla prima osservazione corale della collisione di due stelle di neutroni. "Non ho mai vissuto un'esperienza simile" ed è "la prima volta in assoluto che si studia una sorgente utilizzando circa 70 strumenti da Terra e dallo spazio", ha detto all'ANSA il fisico Gianluca Gemme, coordinatore nazionale del rivelatore Virgo per l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) . La scoperta delle onde gravitazionali, ha aggiunto, "è stata un momento storico, ma la ricchezza delle osservazioni venute in seguito è ancora superiore perché il numero di strumenti e di comunità scientifiche coinvolti in questa nuova osservazione non ha precedenti. Credo sia un fatto unico". Certamente, ha aggiunto, "è l'inizio dell'astronomia multi messaggero", la nuova astronomia che si basa su segnali che viaggiano su lunghezze d'onda diverse, come quelli ottici, i raggi gamma, i raggi X, l'ultravioletto. "In tutto questo - ha rilevato - l'ingresso di Virgo è stato determinante" e complessivamente, ha aggiunto, "abbiamo ottenuto una quantità di risultati estremamente interessanti che ci ha letteralmente travolto". Oltre a essere il primo segnale prodotto da due stelle di neutroni, quello rilevato il 17 agosto 2017 e reso noto oggi è "il segnale più forte e il più vicino mai osservato, da masse molto piccole". E' infatti avvenuto alla distanza di 130 milioni di anni luce, contro il miliardo e mezzo di distanza dei primi due buchi neri ascoltati nel 2015 dai rivelatori di onde gravitazionali.

Donnarumma (Asi), grande cooperazione - E' l'inizio di una grande cooperazione, uno straordinario gioco di squadra fra i telescopi basati a Terra e quelli spaziali: Immacolata Donnarumma, dell'Agenzia Spaziale Italiana (Asi), è entusiasta del nuovo scenario che si è appena aperto nell'astronomia e nel quale ha avuto un ruolo molto importante il telescopio spaziale Fermi della Nasa, al quale l'Asi partecipa attivamente. Il telescopio spaziale Fermi ha contribuito soprattutto con lo strumento Gamma-Ray Burst monitor, il rilevatore di lampi gamma che è riuscito a catturare un segnale durato pochissimi secondi. "Rivelatori come questo osservano grandi porzioni del cielo ed è molto importante avere un grande campo di vista", ha detto Donnarumma all'ANSA. Forse si deve anche a questo se "Fermi visto il lampo gamma in coincidenza con il segnale delle onde gravitazionali rilevato da Ligo e Virgo". Il satellite subito ha attivato anche il suo 'occhio' più penetrante, chiamato Lat (Large Area Telescope), "ma un fondo di particelle ha impedito di fare osservazioni. I ricercatori non si sono persi d'animo, cercando un'emissione ritardata, ma nulla. Tuttavia - ha aggiunto - le osservazioni fatte hanno permesso di stabilire limiti importanti alla luminosità di questo oggetto". Sono entrati in campo anche altri due satelliti nei quali l'Italia ha un ruolo importante, come Agile e Integral. Per il futuro, ha concluso, si preparano almeno due sviluppi importanti: il primo è legato a una cooperazione sempre maggiore fra i telescopi basati a Terra e quelli spaziali; il secondo dipenderà dal futuro rilevatore spaziale di onde gravitazionali, Lisa (Laser Interferometer Space Antenna), il cui lancio è previsto nel 2034.

I risultati sulla nuova astronomia sono stati dedicati al papà di Virgo, Adalberto Giazotto - Il fisico visionario che 30 anni fa ha avuto l'idea di costruire il rivelatore di onde gravitazionali Virgo. "Vorrei che da qui tutti mandassimo a Giazotto uno straordinario saluti perché è il padre dei risultati presentati qui oggi", ha detto il ministro per l'Istruzione, Univerità e Ricerca, Valeria Fedeli, nella conferenza organizzata al ministero con Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e Agenzia Spaziale Italiana (Asi). A Giazotto, che non ha potuto essere presente per motivi di salute, sono andati anche i saluti e i ringraziamenti di tanti ricercatori. "Ho un grande rammarico che Giazotto oggi non sia qui al mio posto", ha detto il fisico Gianluca Gemme, coordinatore nazionale del rivelatore Virgo per l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn). "Siamo figli - ha rilevato il presidente dell'Infn, Fernando Ferroni - di persone che, come Giazotto, hanno avuto un'idea e pensavano a un progetto 30 anni fa".




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