Il rilevatore di onde gravitazionali di prossima generazione nello spazio completerà LIGO sulla Terra

EVANSTON - Lo storico primo rilevamento delle onde gravitazionali da collisione di buchi neri molto al di fuori della nostra galassia ha aperto una nuova finestra per comprendere l’universo. Una serie di rilevamenti - altri quattro buchi neri binari e un paio di stelle di neutroni - seguì presto l’osservazione del 14 settembre 2015.

Ora, un altro rivelatore è stato costruito per rompere questa finestra più aperta. Si prevede che questo osservatorio di prossima generazione, denominato LISA, si trovi nello spazio nel 2034 e sarà sensibile alle onde gravitazionali di frequenza inferiore rispetto a quelle rilevate dall’osservatore laser gravitazionale con interferometro laser (LIGO).

Un nuovo studio della Northwestern University prevede che dozzine di binari (coppie di oggetti compatti orbitanti) nei cluster globulari della Via Lattea saranno rilevabili da LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Queste fonti binarie contengono tutte le combinazioni di componenti di buco nero, stella di neutroni e nane bianche. I binari formati da questi ammassi stellati avranno molte caratteristiche diverse da quei binari che si sono formati in isolamento, lontano dalle altre stelle.

Lo studio è il primo ad utilizzare modelli globulari di cluster realistici per fare previsioni dettagliate delle fonti LISA. "Le fonti LISA nei cluster globulari della Via Lattea" è stato pubblicato oggi, 11 maggio, dalla rivista Physical Review Letters.

"LISA è sensibile ai sistemi della Via Lattea e amplierà l’ampiezza dello spettro delle onde gravitazionali, permettendoci di esplorare diversi tipi di oggetti che non sono osservabili con LIGO", ha affermato Kyle Kremer, il primo autore del paper, un Ph.D. studente di fisica e astronomia nel Weinberg College of Arts and Sciences del Northwestern e membro di una collaborazione di ricerca astrofisica computazionale con sede nel Centro per l’esplorazione interdisciplinare e la ricerca in astrofisica del Nord-Ovest (CIERA).

Nella Via Lattea sono stati finora osservati 150 ammassi globulari. Il team di ricerca del Northwestern prevede che un cluster su tre produrrà una fonte LISA. Lo studio prevede anche che approssimativamente otto binari del buco nero saranno rilevabili dalla LISA nella nostra vicina galassia di Andromeda e altri 80 nella vicina Vergine.

Prima della prima rilevazione delle onde gravitazionali da parte di LIGO, mentre i rilevatori gemelli venivano costruiti negli Stati Uniti, gli astrofisici di tutto il mondo lavorarono per decenni alle previsioni teoriche di ciò che i fenomeni astrofisici LIGO avrebbero osservato. Questo è ciò che gli astrofisici teorici del Nord-Ovest stanno facendo in questo nuovo studio, ma questa volta per la LISA, che è stata costruita dall’Agenzia spaziale europea con i contributi della NASA.

"Facciamo le nostre simulazioni e analisi al computer, allo stesso tempo i nostri colleghi stanno piegando il metallo e costruendo astronavi, in modo che quando LISA finalmente vola, siamo tutti pronti allo stesso tempo", ha detto Shane L. Larson, direttore associato di CIERA e autore dello studio. "Questo studio ci sta aiutando a capire quale scienza sarà contenuta nei dati LISA".

Un ammasso globulare è una struttura sferica di centinaia di migliaia o milioni di stelle, legate gravitazionalmente insieme. I cluster sono alcune delle più antiche popolazioni di stelle nella galassia e sono efficienti fabbriche di binari di oggetti compatti.

Il team di ricerca del Northwestern ha avuto numerosi vantaggi nel condurre questo studio. Negli ultimi due decenni, Frederic A. Rasio e il suo gruppo hanno sviluppato un potente strumento di calcolo - uno dei migliori al mondo - per modellare realisticamente i cluster globulari. Rasio, il professore di Joseph Cummings nel dipartimento di fisica e astronomia del nord-ovest, è l’autore principale dello studio.

I ricercatori hanno utilizzato più di cento modelli cluster globulari completamente evoluti con proprietà simili a quelle dei cluster globulari osservati nella Via Lattea. I modelli, tutti creati a CIERA, sono stati eseguiti su Quest, il cluster di supercomputer della Northwestern. Questa potente risorsa può far evolvere i 12 miliardi di anni della vita di un ammasso globulare in pochi giorni.