Lunedì, 28 maggio 2018

#Bicocca20. Onde gravitazionali dal cosmo. Increspature dello spazio-tempo dalla fusione di buchi neri in galassie lontane, in collisione.

Marina Colpi
Dal mondo infinitamente piccolo dei fisici coordinati dal professor Leo Miglio della scorsa settimana, 
passiamo all’universo infinitamente grande con le ricerche del team guidato dalla professoressa Monica Colpi del Dipartimento di Fisica “Giuseppe Occhialini”.
Dal 2007 con la pubblicazione dello studio “Rapid formation of supermassive black hole binaries in galaxy mergers with gas” si sono poste le premesse per la trattazione scientifica sul tema dei buchi neri in galassie in collisione. 
 
1. Professoressa Colpi in cosa consiste lo studio?
L’Universo accoglie centinaia di miliardi di galassie e in molte di esse è presente un buco nero di milioni o miliardi di soli.
Siede al centro, circondato da stelle e nubi gassose.
Durante l’evoluzione cosmica, le galassie spesso si aggregano e in queste collisioni violente i buchi neri avvicinandosi formano coppie.
Nel nostro primo studio e in successivi abbiamo cercato di seguire la dinamica di questo accoppiamento:
possono i due buchi neri avvicinarsi a distanze minuscole rispetto alle dimensioni galattiche, pochi anni luce,
per dare origine a un’intensa emissione di onde gravitazionali? 
 
Può la Natura condurre i due buchi neri a coalescenza e quali informazioni porta con sé l’onda gravitazionale?
Nell’atto della loro fusione, i buchi neri diventano le sorgenti più brillanti dell’Universo dopo il Big Bang; non emettono luce ma onde di gravità, increspature dello spazio-tempo che propagano indisturbate nel cosmo in espansione, alla velocità della luce.
 
Nel momento in cui i loro orizzonti si toccano, sono così brillanti che ci permettono di osservare l’Universo lontano, nello spazio e nel tempo, indicando i luoghi di aggregazione delle prime galassie e dei primi buchi neri.
 
2. Perché sono importanti questi risultati?
Questa ricerca ha messo in luce alcuni aspetti importanti sulla natura dei processi di formazione di questi buchi neri “binari”. 
In particolare, qual è il ruolo delle stelle e del gas nel guidare la loro dinamica e il loro avvicinarsi durante una collisione galattica; ha permesso di avvalorare e consolidare il caso scientifico della missione spaziale LISA (Laser Interferometer Space Antenna) selezionata nel giugno del 2017 dall’European Space Agency (ESA) come “Large Mission L3”. 
 
LISA, un trio di satelliti in orbita eliocentrica, rivelerà per la prima volta onde gravitazionali al milli-Hertz, emesse da buchi neri di milioni di soli, in coalescenza. 
Si aprirà una nuova finestra sull’universo profondo, fornirà informazioni complementari sia alle osservazioni elettromagnetiche di nuclei galattici attivi, che alle osservazioni di LIGO-Virgo, gli interferometri terrestri in grado di rivelare segnali di onde gravitazionali emesse nella fusione di stelle di neutroni e buchi neri stellari.
 
3. Quali sono gli studi in cui è impegnato, in questo momento, il suo gruppo di ricerca e quali sono i prossimi obiettivi?
Nei prossimi anni, l’Ateneo Milano-Bicocca giocherà un ruolo importante in LISA, auspicabilmente attraverso lo sviluppo sia di complesse tecniche di analisi di rivelazione del segnale che attraverso la definizione di un catalogo di sorgenti costruito sulla base della nostra conoscenza sulla dinamica di buchi neri in galassie in collisione.
Il cielo di LISA è ricco di segnali e distinguerne l’origine costituisce una sfida per i astrofisici nel prossimo decennio. Milano Bicocca sarà in prima linea. Ma non solo.
Milano Bicocca si è affiancata a Virgo, l’interferometro di Cascina (Pisa) che insieme a LIGO inizierà la nuova campagna osservativa per la rivelazione di onde gravitazionali emesse da sorgenti stellari compatte.
 
Un gruppo di giovani, afferenti a Bicocca, INFN e INAF (il gruppo Prometeo), condurrà nuovi studi nell’ambito della nascente astrofisica multi-messaggera, ossia l’analisi congiunta del segnale gravitazionale ad alta frequenza ed elettromagnetico emesso da stelle di neutroni  in coalescenza, presenti nelle galassie dell’universo vicino. Nel nostro lavoro collaboriamo con istituiti in Europa, con l’ESA e NASA insieme, partner della missione spaziale LISA. 
 
L’era di una nuova esplorazione del cosmo è appena iniziata e Bicocca risponde.
 
Per saperne di più: 
 
 
#Bicocca20 è una storia di ricerca, didattica e innovazione. Volti di uomini e di donne che hanno fatto la storia di Milano-Bicocca. Ed è per questo che attraverso le ricerche e gli studi più significativi vogliamo raccontare la vita del Campus vista dai laboratori.
 
Intervista di Rossella Guido
a cura di Redazione Centrale, ultimo aggiornamento il 31/05/2018