Le onde gravitazionali sono una conseguenza della teoria della Relatività Generale, pubblicata da Albert Einstein nel 1916. Sono ondulazioni della trama dello spazio-tempo che si propagano alla velocità della luce, prodotte quando grandi masse vengono accelerate o deformate. Questo avviene in molti fenomeni astrofisici, come le esplosioni di supernovae o le interazioni gravitazionali fra buchi neri o stelle di neutroni.

Le onde gravitazionali sono completamente diverse dalla luce, il principale “messaggero” utilizzato finora per studiare l’Universo, anche se oggi gli scienziati hanno iniziato ad utilizzare altri messaggeri, come i raggi cosmici e i neutrini. Con la prima rivelazione diretta delle onde gravitazionali nel settembre 2015, è stata aperta una nuova finestra sull’Universo, che finalmente ci permette di sondare gli estremi fenomeni generati dalla gravità. Tutti gli scenari che vengono studiati mediante onde gravitazionali sono così violenti che sono impossibili da riprodurre in laboratorio.

Ma rivelare le onde gravitazionali non è un compito facile. Sono stati necessari più di cinquant’anni di sviluppi tecnologici e sperimentali, condotti da migliaia di scienziati in tutto il mondo, per osservare finalmente le prime onde gravitazionali con gli interferometri gravitazionali nel 2015.

Perchè è cosi difficile catturare le onde gravitazionali? Esse attraversano lo spazio-tempo deformandolo e scuotendolo, ma si tratta di un effetto veramente piccolo: se un’onda gravitazionale attraversa Virgo, si stima che la lunghezza dei suoi bracci di 3 km cambi in genere di meno di un miliardesimo di miliardesimo di metro, vale a dire meno di un millesimo del raggio di un protone. È con tali microscopici effetti che si manifestano eventi astrofisici violenti avvenuti a migliaia di anni-luce da noi!

Inizialmente il rivelatore Virgo ha osservato il cielo fra il 2007 e il 2011 assieme ai due interferometri del Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO), negli Stati Uniti, a Hanford nel Washingston State e a Livingstone in Louisiana. Dopo un programma di profondi miglioramenti degli apparati sperimentali, la presa dati dei due interferometri LIGO è ricominciata nel 2015 con una sensibilità molto migliore di quella delle precedenti generazioni di rivelatori. L'interferometro Virgo si è aggiunto alla ricerca un po' più tardi e la sua presenza è stata importante per identificare l'origine nel cielo di GW170817, un segnale di onda gravitazionale proveniente dalla coalescenza di un sistema binario di stelle di neutroni. Quest'osservazione ha permesso di osservare lo stesso fenomeno nelle onde radio, con la luce visibile, i raggi X e i raggi gamma, marcando così l'inizio dell'astronomia multimessenger con le onde gravitazionali. 

La Collaborazione LIGO/Virgo ha completato il periodo osservativo O3, durato quasi un anno, alla fine di marzo 2020 (quando ha dovuto chiudere gli osservatori a causa della pandemia di COVID-19), ed è stata impegnata successivamente nell'analisi della grande mole di dati che sono stati raccolti in questo fruttuoso periodo osservativo. Al momento si lavora dal un lato al potenziamento dei rivelatori dall'altro all'ottimizzazione dei metodi di analisi dati, in vista del prossimo periodo di osservazione che inizierà a marzo 2023.

Il grafico seguente mostra la crescita nel tempo del numero totale di onde gravitazionali osservate (tempo di presa dati effettivo; il periodo osservativo O3 è spezzato in due sottoperiodi di sei e cinque mesi)

Il gruppo di Trieste fa parte del più ampio gruppo di analisi dati di Padova-Trento-Trieste, a sua volta parte del team di coherent WaveBurst (cWB), che comprende anche scienziati dell'Università della Florida (Gainesville, FL) e dell'Università di Zurigo. cWB è un potente algoritmo per l'analisi di segnali gravitazionali impulsivi: il metodo non utilizza modelli a priori ed è complementare ai metodi specializzati basati su matched-filters e templates di segnali gravitazionali. 

Recentemente il gruppo ha iniziato anche ad occuparsi di metodi di analisi dati per Onde Gravitazionali basati su Machine Leraning (ML). Questi metodi sono attualmente sempre più utilizzati per la loro versatilità e velocità di risposta che li rende adeguati ai problemi legati alla rivelazione di Onde Gravitazionali e alla stima dei parametri della sorgente che le ha emesse.