Se vuoi approfondire le caratteristiche Cherenkov Telescope Array (CTA) e capire quali sono le sfide che attendono questa grande collaborazione internazionale di scienziati, puoi leggere questa intervista al direttore scientifico del progetto Federico Ferrini.
L'AVVENTO DELL'ASTRONOMIA MULTIMESSAGGERO
L'osservazione contemporanea di luce, onde gravitazionali e neutrini provenienti dalla stessa sorgente astrofisica raccontata da Takaaki Kajita


I tre telescopi del CTA (immagine: CTA)
Inoltre, CTA potrà osservare molti fenomeni astrofisici differenti rispetto a quelli osservabili raccogliendo dati sui neutrini e sulle onde gravitazionali. Per questo credo che CTA costituirà la parte centrale di tutta l’astronomia multi-messaggero nel prossimo futuro.
Lei ha vinto il premio Nobel per la fisica per le sue scoperte nel campo dei neutrini. Secondo lei, quale sarà il ruolo della ricerca sui neutrini in astronomia nel prossimo futuro?
Ho lavorato all’osservazione dei neutrini a bassa energia, in particolare mi sono occupato dei neutrini prodotti dai raggi cosmici che interagiscono con i gas presenti nella nostra atmosfera. In seguito ho anche lavorato al progetto dell’osservatorio Super Kamiokande per la rivelazione dei neutrini.

L'intervento del professor Takaaki Kajita in occasione del primo CTA Symposium di Bologna (immagine: Sandro Ciarlariello)
Se dovessi pensare a possibili sinergie tra Super Kamiokande e CTA, una delle possibilità è quella di osservare le esplosioni di supernova, cioè la fase finale di una stella molto più massiccia del Sole. Se avviene una supernova nella nostra galassia, Super Kamiokande dovrebbe osservare moltissimi neutrini provenienti da quell’esplosione. Allo stesso tempo, durante una supernova, l’esplosione accelera le particelle del gas che costituivano la stella e CTA ha il potenziale per osservare proprio come queste particelle sono accelerate. In questo modo possiamo capire meglio come funzionano questi fenomeni a energie così elevate.
Se vuoi approfondire i temi legati all'astronomia multimessaggero, puoi leggere questo Come te lo spiego scritto da Michele Avalle
LA MISURA DELLE ONDE GRAVITAZIONALI Rainer Weiss, uno dei pionieri delle "increspature" dello spazio-tempo, ci racconta il futuro in questo affascinante ambito di ricerca
In che modo LIGO, Virgo e l’osservazione delle prime onde gravitazionali hanno cambiato il modo in cui si fa oggi ricerca in astrofisica?

L'intervento del professor Rainer Weiss in occasione del primo CTA Symposium di Bologna (immagine: Sandro Ciarlariello)
Misurare i raggi gamma da una collisione di due stelle di neutroni vuol dire inoltre misurare una controparte elettromagnetica (oltre alle onde gravitazionali). In questo modo è possibile capire in maniera molto precisa la posizione in cui è avvenuta la collisione, cioè la posizione in cui si trova il buco nero che si è appena formato.
I progetti in cui lei è coinvolto in prima persona, LIGO e Virgo, hanno iniziato ad aprile 2019 la terza fase di osservazioni. Sono stati già osservati diversi segnali candidati a essere onde gravitazionali.
Che cosa si aspetta da questa fase di osservazioni di LIGO e Virgo?
Sì, in questa nuova fase di osservazioni LIGO e Virgo stanno registrando, in media, un potenziale evento di onde gravitazionali ogni settimana. In realtà noi mandiamo avvisi ogni volta che troviamo segnali sopra una certa soglia, perché magari così diventa possibile anche provare a cercare immediatamente una controparte elettromagnetica dallo stesso fenomeno che ha generato le onde gravitazionali, proprio allo scopo di avere astronomia multi-messaggero.

Un'immagine aerea dell'interferometro LIGO (immagine: LIGO/Caltech)
Questo viene fatto anche se poi il segnale non corrisponde davvero a onde gravitazionali, perché per cercare la controparte elettromagnetica bisogna muoversi il prima possibile con i telescopi ottici e con gli altri satelliti. In generale, per quanto riguarda questa fase, ci aspettiamo di osservare un buon numero di collisioni di stelle di neutroni, che ci permetteranno di lavorare proprio con l’astronomia multi-messaggero.
Le osservazioni di onde gravitazionali fatte finora confermano la relatività generale?
Le osservazioni delle onde gravitazionali finora hanno confermato in modo incredibile la teoria della relatività generale; i dati ci dicono, per esempio, che le onde gravitazionali si propagano alla velocità della luce, come previsto dalla teoria di Einstein. Inoltre, anche i calcoli teorici basati sulla relatività, i quali producono modelli che possiamo analizzare con i supercomputer, riproducono esattamente ciò che osserviamo con LIGO e Virgo. Abbiamo visto che la relatività generale funziona bene su un intervallo molto ampio di fenomeni: da quelli in cui i campi gravitazionali sono deboli, come qui sulla Terra e nel Sistema solare, a quelli in cui la gravità è molto intensa, come nei pressi dell’orizzonte degli eventi di un buco nero.
Qual è la peculiarità delle misure che possiamo ottenere con le onde gravitazionali?
Quello che potremmo ottenere dai dati futuri raccolti con LIGO e Virgo è una stima indipendente della costante di Hubble, un parametro che ci dice il tasso di espansione dell’universo e quindi, per esempio, come l’universo accelera a causa della presenza dell’energia oscura. Al momento diverse misure della costante di Hubble danno stime differenti e non capiamo il perché; magari con i dati delle onde gravitazionali saremo in grado di dare una stima che riesca a conciliare le diverse misure che abbiamo oggi oppure a gettare nuova luce su questo problema. Ma probabilmente per questo dovremo aspettare la prossima generazione di interferometri che costruiremo in futuro, come per esempio l’Einstein Telescope, che sarà un interferometro interamente costruito sotto terra.
Sempre ad aprile 2019, abbiamo visto la prima storica immagine di ciò che c’è attorno al buco nero supermassivo che si trova al centro della galassia M87. Quali sono state le sue sensazioni quando gli scienziati dell’Event Horizon Telescope hanno reso pubblica quell’immagine?
È stato un momento bellissimo per almeno due motivi. Primo, la tecnologia usata per realizzare l’Event Horizon Telescope. Quando studiavo la radiazione cosmica di fondo ho lavorato anch’io con lo stesso tipo di radiazioni, cioè onde elettromagnetiche che hanno lunghezza d’onda di qualche millimetro. Queste onde elettromagnetiche sono state usate anche per ottenere l’immagine del buco nero e so quanto sia difficile lavorare in quel campo. Riuscire a misurare queste onde con otto diversi radiotelescopi e fare interferometria combinando le osservazioni è stato un trionfo tecnologico incredibile.

La prima storica immagine di un buco nero dell'Event Horizone Telescope (immagine: NASA/Caltech)
Il secondo motivo importante è che l’immagine ci mostra quello che potrebbe essere un buco nero rotante: nell’immagine infatti si vede l’emissione di luce del gas attorno al buco nero. Una parte di questo gas è più brillante dell’altra, segno che il gas si sta muovendo in un disco attorno al buco nero, nel senso che la parte del gas che appare più brillante si muove verso di noi, mentre la parte meno brillante si allontana da noi.
Adesso attendiamo anche le prime immagini del buco nero supermassivo al centro della Via Lattea, ma bisognerà aspettare ancora un po’. Quello che fanno gli scienziati dell’Event Horizon Telescope è però fantastico, perché non si tratta solo di scattare una foto di un buco nero, ma soprattutto provare a studiare in estremo dettaglio le caratteristiche di questi oggetti così misteriosi.





