Una catastrofe silenziosa

Agli annunci di grandi scoperte da parte della comunità scientifica fa solitamente seguito una inondazione di "instant papers", ovverossia articoli scritti rapidamente in cui i fisici teorici cercano di accaparrarsi la priorità nella spiegazione di aspetti poco chiari della scoperta o tentano di trarre previsioni di cui successivamente rivendicare la paternità. Questi articoli autoprodotti vengono solitamente resi pubblici tramite il sito arxiv (la x sta per la lettera greca χ , per cui il nome rimanda alla parola inglese archive), un sito benemerito dove vengono pubblicati in anteprima e a libero accesso articoli che successivamente, dopo il processo di peer review, verranno accettati e pubblicati dalle migliori riviste scientifiche. Molti degli instant paper hanno natura effimera, e spesso non raggiungono la pubblicazione ufficiale e il loro ricordo svanisce rapidamente.
Anche nel caso della scoperta delle onde gravitazionali, sono arrivati ad arxiv una serie di contributi, più o meno elaborati: non c'è stata tuttavia una inondazione come è avvenuto ad esempio nel caso della scoperta dell'Higgs: ad oggi sotto la chiave di ricerca GW150914 si trovano solamente 20 articoli non provenienti dalla collaborazione VIRGO. Questa lentezza di reazione è spiegabile con una serie di motivi: uno è la segretezza nel quale la collaborazione è riuscita a mantenere i dettagli della scoperta fino agli ultimi giorni; un'altro al fatto che, assieme all'articolo che annuncia l'osservazione dell'evento, la collaborazione LIGO-VIRGO ha pubblicato una serie di companion papers, articoli di contorno, che spiegano i dettagli dell'osservazione e ne traggono tutte le conseguenze immediate. A questo si aggiunga il fatto che non sono state osservate "stranezze" nell'evento, e che tutto quello che è stato osservato sembra spiegabile con la sola teoria della relatività. Quindi, l'osso è stato presentato già ben spolpato, ed è rimasta poca ciccia per chi vuole partecipare al banchetto. Tuttavia alcuni di questi articoli trattano una questione molto interessante: per capire di che si tratta, è necessaria una piccola spiegazione.
L'evento GW150914, con l'emissione di 10⁴⁸ Watt di potenza, è probabilmente l'evento più violento che sia mai stato registrato da uno strumento umano. Bene, la cosa singolare è che, se i due interferometri LIGO fossero stati ancora spenti, di questo evento non avremmo probabilmente avuto traccia: infatti il collasso tra due buchi neri avviene esclusivamente per via gravitazionale, senza coinvolgere nessun tipo di processo elettromagnetico che potrebbe generare onde elettromagnetiche, osservabili con gli strumenti tradizionali. Tuttavia i protocolli di intesa tra LIGO e gli osservatori tradizionali prevedono l'invio di una circolare in occasione dell'osservazione di eventi interessanti, anche perché da altri tipi di eventi osservabili tramite onde gravitazionali, come ad esempio il collasso di una coppia di stelle a neutroni, è prevista una forte emissione di onde elettromagnetiche.
Gli scienziati responsabili degli altri osservatori eseguono allora quello che viene detto in gergo electromagnetic follow-up, ovvero la ricerca, negli istanti immediatamente precedenti o successivi l'evento, di segnali radio, X o gamma, o nel visibile, provenienti dalla zona di localizzazione dell'evento gravitazionale.
Su Arxiv sono già comparse alcune di queste ricerche, quasi tutte negative: il satellite Swift, ad esempio, riferisce di non aver osservato la comparsa di alcuna sorgente di raggi X nella regione individuata da LIGO nei giorni successivi all'evento. Il telescopio PanSTARRS, che si trova nelle isole Hawaii, ha cercato invece delle possibili controparti ottiche, senza trovare alcun eventi interessante se non "banali" supernovae.
Sono stati pubblicati anche i risultati dei due strumenti che fanno parte dell'osservatorio Fermi: il large area telescope LAT e il monitor di gamma ray bursts  GBM. Questi due strumenti, prodotti da una collaborazione tra Italia, Francia, Giappone e Svezia, si trovano su di un satellite lanciato nel 2008 dalla NASA. Hanno entrambi lo scopo di effettuare osservazioni astronomiche nella regione dei raggi gamma, anche se i range di energia sono differenti (LAT è sensibile alla parte alta dello spettro, mentre GBT a quella bassa). Fermi negli anni passati è stato protagonista di una serie di scoperte estremamente interessanti che hanno contribuito ad ottenere una nuova visione dell'universo.
Bene, Fermi ha pubblicato due articoli: quello riguardante le osservazioni di LAT presenta risultati negativi, visto che la regione di cielo individuata come origine di GW150914 non risultava compresa nel campo vsivo del telescopio all'epoca dell'evento.
Invece la collaborazione Fermi-GBM pubblica un risultato inaspettato e potenzialmente interessante, ovvero l'osservazione di un lampo di raggi gamma circa 0.4 secondi dopo l'evento registrato da LIGO, di durata pari a circa 1 secondo. Si tratta di un lampo molto debole, e per giunta registrato in una zona del rivelatore non molto sensibile: di conseguenza la sua significatività è bassa (approssimativamente 3 %sigma; ) e la probabilità di un falso allarme, circa 0.002, è relativamente alta.
Immediatamente, sempre su Arxiv, sono cominciate a comparire delle possibili spiegazioni del meccanismo di formazione del lampo gamma, meccanismi che sembrano prevedere la presenza di materia stellare intorno alla coppia di buchi neri: sotto la spinta delle onde emesse durante la fase di coalescenza, questa materia si sarebbe riscaldata istantaneamente emettendo delle onde elettromagnetiche. Personalmente tuttavia penso che la significatività del segnale rivelato, per giunta in assenza di un modello fisico affidabile, sia troppo bassa per poter annunciare una scoperta, tanto più che il telescopio a raggi gamma INTEGRAL dell'ESA ha provveduto a porre dei limiti che sembrano smentire il segnale osservato da Fermi.
Saranno necessarie molte altre osservazioni di coalescenze di buchi neri nella regione delle onde gravitazionali per potere confermare o escludere la contemporanea emissione di onde elettromagnetiche: in fondo l'avventura è appena cominciata!