In che modo l'astronomia multimessionale sta scoprendo gli indizi per il cosmo

Gli astronomi hanno avuto un anno di successi.

Oltre a rintracciare una fonte cosmica di neutrini, hanno rilevato la fusione di due stelle di neutroni di dimensioni urbane, ciascuna più massiccia del sole.

Le scoperte furono annunciate come la prova che era arrivata una "nuova era dell'astronomia multimessionale".

Ma cos'è l'astronomia multimessenger?

Nella nostra vita quotidiana, interpretiamo il mondo che ci circonda sulla base di segnali diversi, come le onde sonore, la luce (un tipo di onda elettromagnetica) e la pressione della pelle. Ognuno di questi segnali può essere trasportato da un diverso "messaggero". I nuovi messaggeri portano a nuove intuizioni. Così gli astronomi hanno accolto con entusiasmo una nuova serie di messaggeri per la loro scienza.

Molti messaggeri

Per la maggior parte della storia dell'astronomia, gli scienziati hanno studiato principalmente i segnali trasmessi da un messaggero, la radiazione elettromagnetica. Queste onde, che si muovono nello spazio e nel tempo, sono descritte dalle loro lunghezze d'onda o dalla quantità di energia che si trova nelle loro particelle, i fotoni.

Le onde radio hanno fotoni con la più bassa quantità di energia e le lunghezze d'onda più lunghe, seguiti da luce infrarossa e ottica a energie e lunghezze d'onda intermedie. Raggi X e raggi gamma hanno le lunghezze d'onda più corte e la più alta energia.

Ma gli scienziati studiano anche gli altri messaggeri:

• Raggi cosmici: particelle atomiche cariche e nuclei che viaggiano vicino alla velocità della luce.
• Neutrini: particelle non caricate che vedono la maggior parte dell'universo trasparente.
• Onde gravitazionali: rughe nel tessuto stesso dello spazio e del tempo.

E mentre alcuni campi in astronomia hanno esplorato questi messaggeri per anni, gli astronomi hanno solo recentemente osservato eventi che vanno ben oltre la Via Lattea con più di un messaggero allo stesso tempo. In pochi mesi, il numero di fonti in cui gli astronomi possono riunire i segnali provenienti da diversi messaggeri raddoppia.

Come una passeggiata sulla spiaggia

L'astronomia multimessenger è una naturale evoluzione dell'astronomia. Gli scienziati hanno bisogno di più dati per mettere insieme un quadro completo degli oggetti che studiano e abbinare le teorie che sviluppano con le loro osservazioni.

Gli astronomi hanno combinato diverse lunghezze d'onda di fotoni per mettere insieme alcuni dei misteri dell'universo. Ad esempio, la combinazione di dati radio e ottici ha avuto un ruolo importante nel determinare che la Via Lattea è una galassia a spirale nel 1951.

E l'astronomia continua a rivelare grandi risultati sul nostro universo usando solo un messaggero, i fotoni. Quindi, se l'astronomia multimessionale è solo un passo evolutivo di un'incredibile storia di successi, vuol dire che è solo una nuova parola d'ordine?

Noi non la pensiamo così.

Immagina di camminare lungo una spiaggia oceanica. Ti stai godendo la vista di un incredibile tramonto, senti le onde che rotolano, senti la sabbia sotto i tuoi piedi e senti l'aria salata. I tuoi sensi combinati formano un'esperienza più completa.

Con l'astronomia multimessenger, speriamo di imparare di più dall'universo combinando più messaggeri, proprio come combiniamo vista, udito, tatto e odore.

Ma non è sempre un picnic

Le culture degli astronomi e dei fisici delle particelle rappresentano approcci diversi alla scienza. Nell'astronomia multimessionale, queste culture si scontrano.

L'astronomia è un campo di osservazione e non un esperimento. Studiamo oggetti astronomici che cambiano nel tempo (astronomia nel dominio del tempo), il che significa che spesso abbiamo solo una possibilità di osservare un evento astronomico transitorio.

Fino a poco tempo fa, la maggior parte degli astronomi del tempo funzionava in piccoli gruppi, su molti progetti contemporaneamente. Utilizziamo risorse come The Astronomer's Telegram o Gamma-ray Coordination Network per comunicare rapidamente i risultati, anche prima di inviare documenti scientifici.

Poiché la maggior parte delle fonti previste di segnali multimessenger sono eventi astronomici transitori, è un enorme sforzo per catturare i messaggeri oltre ai fotoni.

Per saperne di più: l'osservatorio IceCube rileva il neutrino e scopre un blazar come fonte

I fisici delle particelle hanno aperto la strada nella creazione di grandi collaborazioni internazionali per affrontare i loro problemi più difficili, tra cui il Large Hadron Collider, l'IceCube Neutrino Observatory e il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Gestire centinaia di migliaia di ricercatori per lavorare verso obiettivi comuni richiede un'identificazione completa dei ruoli, linee guida rigorose sulla comunicazione e molte teleconferenze.

La necessità di rispondere ai rapidi cambiamenti in una fonte multimessenger e l'enorme sforzo per catturare i segnali multimessenger significa che l'astronomia e la fisica delle particelle devono fondersi l'una con l'altra per suscitare il meglio di entrambe le culture.

I vantaggi di Astronomy Multimessenger

Mentre l'astronomia multimessionale è un'evoluzione di ciò che gli astronomi e i fisici delle particelle hanno fatto per decenni, i risultati combinati sono intriganti.

La rilevazione delle onde gravitazionali dalla fusione delle stelle di neutroni ha confermato che queste collisioni hanno prodotto una grande frazione dell'oro e del platino sulla Terra (e in tutto l'universo). Ha anche mostrato come queste collisioni causino (almeno alcune) brevi esplosioni di raggi gamma: l'origine di questi eventi esplosivi è stata un'enorme questione aperta nell'astronomia.

La prima associazione di un neutrino con una singola fonte astronomica ha fornito uno sguardo su come l'universo produce le sue particelle più energetiche. L'astronomia multimessenger sta rivelando dettagli su alcune delle condizioni più estreme nel nostro universo.

La prospettiva del multimessenger sta già dando più della somma delle sue parti - e possiamo aspettarci di vedere scoperte più sorprendenti in futuro. I team di élite in tutto il Canada stanno già contribuendo alla crescita di questo campo giovane e l'astronomia multimessionale promette di svolgere un ruolo importante nel nostro prossimo decennio di ricerca astronomica in Canada e in tutto il mondo.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Gregory Sivakoff e Daryl Haggard. Leggi l'articolo originale qui.