Il cielo in coordinate galattiche al momento dell’arrivo dell’onda gravitazionale associata all’evento Gw170104. Le zone racchiusa dai contorni in colore “magenta” indicano l’area di possibile provenienza del segnale gravitazionale. La zona colorata in rosso, giallo e verde indica il campo di vista e l’esposizione oltre i 50 MeV (in erg/cm^2/sec) dello strumento gamma del satellite Agile, che copre quindi buona parte della zona “B” e possibilmente anche porzioni degli archi indicati con “A”. Immagine è tratta dall’articolo di Verrecchia et al. spedito alla rivista Astrophysical Journal Letters e ora disponibile in rete su arXiv

La collaborazione Ligo-Virgo ha appena annunciato la rivelazione di un terzo evento confermato di onde gravitazionali, Gw170104. Ora, il sogno di tutti gli astrofisici è quello di cogliere – in concomitanza d’un segnale gravitazionale – un segnale elettromagnetico. La “controparte”, la chiamano.  Riuscirci rappresenterebbe una scoperta storica: sentire e vedere lo stesso evento. Un’impresa difficilissima, forse impossibile: quando due buchi neri fondono l’uno nell’altro, infatti, non è scontato che ci sia qualcosa da vedere, anzi: se trattengono tutto, persino la luce, il catastrofico evento potrebbe increspare per miliardi di anni luce il tessuto dello spaziotempo senza però lasciare la benché minima traccia elettromagnetica. Un’impresa difficilissima ma cruciale: ecco dunque che i team dei principali telescopi spaziali per le alte energie e telescopi da terra, ogni volta che Ligo li avverte d’una potenziale onda gravitazionale, corrono subito a guardare i dati.

Così hanno fatto anche i ricercatori del team del satellite Agile – il telescopio spaziale giusto, nel posto giusto e al momento giusto. Frutto della collaborazione tra l’Agenzia spaziale italiana (Asi), l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), Agile è idealmente in grado di poter rivelare fenomeni transienti X e gamma su un campo molto grande, dal diametro di più di 100 gradi. Quando è arrivata l’onda gravitazionale vista da Ligo, il 4 gennaio 2017, Agile si trovava nella posizione giusta per coprire, con il suo imager gamma, addirittura il 40 per cento della zona possibile di provenienza dell’onda gravitazionale (vedi l’immagine qui sopra).

«Abbiamo immediatamente attivato il nostro sistema di analisi rapida dei tre rivelatori di Agile», ricorda Francesco Verrecchia, ricercatore Inaf dell’Osservatorio astronomico di Roma di stanza al Centro dati dell’Asi e primo autore di un articolo inviato ad Astrophysical Journal Letters – al momento, occorre sottolineare, non ancora accettato, ma solo reso pubblico in rete. «Inizialmente non abbiamo rivelato nulla di significativo, sia nella banda X che quella gamma. Abbiamo però continuato ad analizzare a fondo i dati nelle settimane scorse. Abbiamo verificato l’assenza di segnale gamma rivelabile su tempi scala molto brevi (2 secondi, 20 secondi, 200 secondi) ponendo dei limiti molto stringenti sull’emissione gamma oltre i 50 MeV». Tradotto: fin qui nulla, nessun segnale. Tuttavia, aggiunge Verrecchia, «abbiamo poi notato la presenza di un evento debole, ma molto interessante, a ridosso del tempo della coalescenza finale, rivelato con Mcal (il minicalorimetro, uno dei tre strumenti a bordo di agile, ndr). A circa 0.5 secondi prima del tempo dell’evento gravitazionale, Mcal rivela un debole segnale della durata di 30 millisecondi che è stato osservato in passato in altri lampi gamma cosmici brevi (short grb) e che potrebbe essere associato all’evento gravitazionale del 4 gennaio».

«Agile è sempre in allerta, e in questo caso il sistema di acquisizione ha funzionato molto bene. L’emissione  transiente che Mcal ha rivelato a ridosso del tempo di arrivo dell’onda gravitazionale», aggiunge Marco Tavani dell’Inaf Iaps di Roma, responsabile scientifico della missione, «potrebbe essere associata all’evento Gw170104, e la conferma potrebbe venire dalla rivelazione combinata di più satelliti. Ci stiamo avventurando in un territorio inesplorato: i modelli correnti non favoriscono l’emissione gamma associata alla coalescenza di buchi neri di massa di qualche decina di masse solari, ma potrebbero esserci condizioni di materia “vestigiale” attorno a uno o due dei buchi neri, o altre condizioni che favoriscono un’emissione gamma prima della coalescenza finale. Dobbiamo esplorare e accumulare dati anche di eventi deboli, intensificando la sinergia tra più satelliti. L’evento visto da Agile nel caso di Gw1701014, se confermato, aprirebbe un fronte di indagine teorica estremamente interessante».

Già. Se confermato. Ed è un ‘se’ che pesa, in questo risultato che per ora va raccontato tutto al condizionale. A partire dalla sua significatività. La probabilità di occorrenza casuale d’un segnale a ridosso del tempo dell’onda gravitazionale è stimata dal team Agile in 3.4 sigma, tenuto conto delle fluttuazioni statistiche e del tempo di acquisizione dati. «Significa che la probabilità che quel segnale sia finito lì per caso è inferiore allo 0.1 per cento», ricorda Tavani. Dunque molto bassa, anche se non ancora abbastanza, almeno per gli standard della fisica.

C’è poi un altro problema. Il debole segnale, come dice Verrecchia, non è stato individuato subito dal team di Agile, ma solo nel corso di un’analisi approfondita successiva, condotta a seguito della segnalazione da parte della collaborazione Ligo-Virgo. Non è dunque ragionevole supporre che, conducendo un’analisi altrettanto approfondita sul resto dei dati, emergano numerosi altri segnali come questo, indebolendo dunque la possibile correlazione con il segnale di Ligo? «È un dubbio legittimo: è il tema di un capitolo intero dell’articolo, che calcola la cosiddetta post-trial probability: ovvero, la probabilità che tiene conto di quante volte un segnale simile sia visto dal minicalorimetro di Agile, e di quante volte lo abbiamo guardato per poter fare una valutazione post, come oggi si fa in questi casi», spiega Tavani. «Nel nostro caso, la vicinanza temporale all’evento gioca un ruolo fondamentale: abbiamo una detection rate di eventi simili di 1 ogni 10mila secondi, ma il fatto che questo evento sia a 0.5 secondi dal tempo di Ligo rende la cosa interessante».

A questo proposito: il mezzo secondo d’anticipo del segnale visto da Agile rispetto a quello di Ligo non dovrebbe suggerire – se la correlazione fra i due segnali fosse confermata – che le onde gravitazionali viaggiano un po’ più lente della luce? «No, non avrebbe implicazioni sulla velocità di propagazione secondo il nostro schema di Relatività generale, che ci dice che le onde gravitazionali viaggiano con velocità pari a quella della luce. Non abbiamo al momento prove contrarie al riguardo», ribadisce Tavani. Allora come spiegare quel mezzo secondo? «Le condizioni attorno ai due buchi neri possono essere complesse: si può arrivare all’emissione elettromagnetica di un flash prima della coalescenza finale per la presenza di materia residua, che viene sollecitata dall’enorme potenziale gravitazionale dei due buchi neri in avvicinamento sempre più stretto. Il tutto avviene entro qualche decimo di secondo. Agile vede il suo flash circa 0.46 secondi prima dell’atto finale della coalescenza. I dati di Ligo ci dicono che hanno cominciato a rivelare un segnale circa 0.1 secondi prima della fine, quindi Agile vede un segnale 0.34 secondi prima del segnale rivelato da Ligo. Questi tempi sono i tempi di dischi viscosi attorno ai buchi neri, quindi può esserci un fenomeno fisico che anticipa il collasso finale».

Insomma, un’eventuale conferma dell’esistenza di una relazione fra il segnale di Agile e quello visto da Ligo avrebbe implicazioni enormi, rappresenterebbe l’inizio dell’astrofisica di questi oggetti. A questo punto la parola passa agli altri satelliti che quel 4 gennaio erano in grado di cogliere un segnale come quello di Agile. «Ci sono diversi satelliti capaci di vedere un’emissione intorno al MeV, anche se poi le loro orbite, efficienze e altro sono complicate da prevedere: Fermi-GBM, Integral, forse Swift, KONUS-Wind…». E in queste settimane, durante le analisi dati, non c’è stato un confronto? «No, non ci si sente con i team di altri satelliti», risponde Tavani a Media Inaf, «almeno in passato non è successo – che io sappia – per eventi gravitazionali, e non sta succedendo ora. Ognuno è molto impegnato nell’analisi dei dati propri…».

Per saperne di più:

• Leggi il preprint dell’articolo “AGILE Observations of the Gravitational Wave Source GW170104”, di F. Verrecchia, M. Tavani, A. Ursi, A. Argan, C. Pittori, I. Donnarumma, A. Bulgarelli, F. Fuschino, C. Labanti, M. Marisaldi, Y. Evangelista, G. Minervini, A. Giuliani, M. Cardillo, F. Longo, F. Lucarelli, P. Munar-Adrover, G. Piano, M. Pilia, V. Fioretti, N. Parmiggiani, A. Trois, E. Del Monte, L.A. Antonelli, G. Barbiellini, P. Caraveo, P.W. Cattaneo, S. Colafrancesco, E. Costa, F. D’Amico, M. Feroci, A. Ferrari, A. Morselli, L. Pacciani, F. Paoletti,
  A. Pellizzoni, P. Picozza, A. Rappoldi e S. Vercellone