LIGO, Virgo e KAGRA completano la più ricca campagna di osservazione fino ad ora

Oggi la collaborazione internazionale LIGO-Virgo-KAGRA annuncia il completamento della quarta campagna di osservazione (chiamata O4) del network internazionale di rivelatori gravitazionali. Partita nel maggio 2023 la campagna si conclude oggi dopo un periodo di osservazioni coordinate di oltre due anni, durante il quale si è avviata in parallelo anche l’analisi dei dati.
Sono circa 250 i nuovi segnali rivelati in quest’ultimo run osservativo e costituiscono una frazione importante (oltre i due terzi) dei circa 350 segnali gravitazionali rivelati fino ad oggi da LIGO; Virgo e KAGRA. La crescita del numero di eventi osservati ad ogni ciclo è dovuta al progressivo miglioramento e potenziamento delle tecnologie dei rilevatori e del conseguente aumento della loro sensibilità. 

Questi sviluppi hanno già portato a numerose nuove scoperte negli scorsi anni. Inoltre alcuni dei risultati più significativi di quest’ultimo ciclo sono già stati annunciati e pubblicati, contribuendo ad approfondire ulteriormente la nostra comprensione della natura dei sistemi binari compatti e di alcuni processi fisici fondamentali nell’universo.

“Il completamento di O4 segna una pietra miliare: la più lunga campagna di osservazione mai condotta dalla rete globale di onde gravitazionali. – ha detto Gianluca Gemme, spokesperson della Collaborazione Virgo e ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) – Virgo ha svolto un ruolo cruciale, contribuendo al rilevamento e alla caratterizzazione di numerosi segnali. Questo successo riflette la forza della collaborazione internazionale e l’impegno incessante dei nostri team per superare i limiti e la difficoltà di misure sperimentali così precise ed complesse. Guardando al futuro, ci prepariamo ora a importanti aggiornamenti che miglioreranno ulteriormente la sensibilità dei nostri rivelatori, garantendone un nuovo e ancora maggiore impatto scientifico.” 

Dall’analisi di alcuni degli eventi più interessanti di questa ultima campagna sono già emersi risultati particolarmente rilevanti. Per esempio l’analisi del segnale denominato GW250114 ha permesso agli scienziati di “ascoltare” con un’accuratezza senza precedenti due buchi neri che si fondevano in uno solo, ottenendo una prova osservativa di un teorema formulato da Stephen Hawking nel 1971 secondo cui la superficie totale due buchi neri che si fondono non può diminuire. In questo caso i buchi neri iniziali avevano una superficie totale di 240.000 chilometri quadrati, mentre l’area finale era di circa 400.000 chilometri quadrati: un netto aumento.
Un altro risultato importante, già pubblicato negli scorsi mesi, è stata la prima rilevazione di buchi neri di “seconda generazione”, GW241011 e GW241110, eventi che presentano caratteristiche insolite nelle dimensioni e nell’orientamento di rotazione dei buchi neri, che possono essere spiegate ipotizzando che siano a loro volta il risultato di precedenti fusioni. SI tratterebbe cioè di sistemi formatisi in ambienti cosmici estremamente densi e ‘caotici’, come gli ammassi stellari, dove i buchi neri sono più propensi a scontrarsi e a fondersi ripetutamente.

Un’altra rivelazione significativa, GW231123, segna l’osservazione della fusione di buchi neri più massiccia mai registrata fino ad oggi, che ha prodotto un buco nero finale con una massa oltre 225 volte superiore a quella del nostro Sole. Un evento che mette in discussione i nostri attuali modelli di evoluzione stellare e formazione dei buchi neri. Naturalmente altri risultati e scoperte significative sono attesi anche dall’analisi dei restanti centinaia di eventi raccolti durante negli ultimi due anni, che sono attualmente oggetto di un attento esame e saranno pubblicati nei prossimi mesi in una raccolta dettagliata: il “catalogo” dei segnali gravitazionali di O4. 

Gli interferometri LIGO, Virgo e KAGRA si preparano quindi nei prossimi mesi a una nuova fase di potenziamento e collaudo della tecnologia. Tuttavia, questo aggiornamento sarà probabilmente realizzato in più fasi, con alcuni periodi di raccolta dati intermedi, e una nuova campagna di osservazione che inizierà alla fine dell’estate/inizio autunno 2026, con una durata di circa sei mesi. 

La Collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA

LIGO è finanziato dalla NSF e gestito da Caltech e MIT, che hanno ideato e realizzato il progetto. Il sostegno finanziario al progetto Advanced LIGO è stato guidato dalla NSF, con significativo impegno e contributi da parte di Germania (Max Planck Society), Regno Unito (Science and Technology Facilities Council) e Australia (Australian Research Council). Oltre 1.600 scienziati di tutto il mondo partecipano al progetto attraverso la LIGO Scientific Collaboration, che include la GEO Collaboration. Altri partner sono elencati sul sito https://my.ligo.org/census.php.

La Collaborazione Virgo è attualmente composta da circa 1.000 membri provenienti da 175 istituzioni di 20 paesi diversi (principalmente europei). L’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) ospita il rivelatore Virgo vicino a Pisa ed è finanziato dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia, dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia, dall’Istituto Nazionale di Fisica Subatomica (Nikhef) nei Paesi Bassi, dalla Fondazione per la Ricerca delle Fiandre (FWO) e dal Fondo Belga per la Ricerca Scientifica (F.R.S.-FNRS). Un elenco dei gruppi della Collaborazione Virgo è disponibile all’indirizzo: https://www.virgo– gw.eu/about/scientific-collaboration/. Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito web di Virgo: https://www.virgo-gw.eu.

KAGRA è un interferometro laser con bracci di 3 km a Kamioka, Gifu, Giappone. L’istituto ospitante è l’Istituto per la Ricerca sui Raggi Cosmici (ICRR) dell’Università di Tokyo, e il progetto è co-ospitato dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) e dall’Organizzazione per la Ricerca sugli Acceleratori ad Alta Energia (KEK). La collaborazione KAGRA è composta da oltre 400 membri provenienti da 128 istituti di 17 Paesi/regioni. Le informazioni sul KAGRA per il pubblico generale sono disponibili sul sito web https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Le risorse per i ricercatori sono accessibili da http://gwwiki.icrr.u-okyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.