Onde gravitazionali: Virgo e LIGO tornano all’ascolto dell’universo

Virgo e LIGO, gli interferometri che hanno portato alla scoperta delle onde gravitazionali e alla nascita dell’astronomia multimessaggera, sono pronti a iniziare la loro nuova stagione di presa dati, che questa volta durerà un intero anno. Il periodo di presa dati, chiamato O3, inizierà il 1° aprile, quando il rivelatore europeo Virgo, che si trova in Italia nel sito di EGO, lo European Gravitational Observatory, e i rivelatori gemelli LIGO, situati nello stato di Washington e in Louisiana (USA), si metteranno nuovamente in ascolto dell’universo.

Durante O3 LIGO e Virgo prenderanno dati in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per un intero anno: durante questo periodo i tre rivelatori opereranno congiuntamente come un osservatorio globale, il più sensibile di sempre.

Dall’agosto 2017, quando si è concluso il secondo periodo di osservazione O2, le collaborazioni hanno, infatti, lavorato intensamente sui tre interferometri per migliorarne la sensibilità e l’affidabilità. Gli scienziati hanno anche migliorato i loro sistemi di analisi dati offline e online, e hanno sviluppato le procedure di rilascio degli Open Public Alerts, per informare in tempi ancora più rapidi le comunità dei fisici, degli astrofisici e degli astronomi quando un potenziale evento di onda gravitazionale viene registrato dagli interferometri.

Il potenziamento tecnologico di Virgo

La sensibilità di un interferometro per onde gravitazionali è comunemente espressa in termini di distanza alla quale può osservare la fusione di un sistema binario di stelle di neutroni. “Durante O2 Advanced Virgo poteva osservare eventi di fusione di stelle di neutroni fino a una distanza di 88 milioni di anni luce”, spiega Alessio Rocchi, ricercatore dell’INFN e coordinatore del commissioning dell’interferometro Virgo. “Entrambe le collaborazioni LIGO e Virgo hanno lavorato per migliorare la sensibilità dei rivelatori grazie agli aggiornamenti apportati agli interferometri: rispetto a O2, la sensibilità di Virgo è migliorata di circa un fattore 2, il che significa che il volume di universo osservabile è aumentato di un fattore di 8”, conclude Rocchi.

Da agosto 2017 sia LIGO sia Virgo sono stati aggiornati e testati. In particolare, Virgo ha completamente sostituito i fili di acciaio che erano stati utilizzati in O2 per tenere sospesi gli specchi principali dell’interferometro: gli specchi sono ora sospesi a sottili fibre di silice fusa (vetro), una procedura che ha permesso di aumentare la sensibilità nella regione di bassa-media frequenza e ha un grande impatto sulle capacità di rivelare fusioni di sistemi binari compatti. Un secondo importante aggiornamento è l’installazione di una sorgente laser più potente, che migliora la sensibilità alle alte frequenze. Inoltre, saranno adottate tecniche, sviluppate in collaborazione con l’Albert Einstein Institute di Hannover, in Germania, che sfruttano la natura quantistica della luce per migliorare la sensibilità alle alte frequenze.

Le future osservazioni

“Il miglioramento delle prestazioni di Virgo è il frutto di un grande lavoro di squadra”, sottolinea Viviana Fafone, responsabile nazionale INFN della collaborazione Virgo. “Ci aspettiamo di osservare molti nuovi eventi in O3, forse anche provenienti da sorgenti non ancora studiate. Oggi possiamo contare su uno strumento più potente e su più efficaci procedure di analisi dei dati. Siamo pronti a lanciare nuovi allerta alla comunità scientifica: GW170817 ha segnato solo l’inizio dell’astronomia multimessaggera, ci aspettiamo scoperte altrettanto emozionanti nel prossimo futuro”, conclude Fafone.

Si prevede che i risultati scientifici di O3 saranno significativi e inediti: gli scienziati si aspettano, infatti, rivelazioni di segnali provenienti da nuove sorgenti, come la fusione di sistemi binari misti costituiti da buchi neri e stelle di neutroni. O3 punterà anche alla rivelazione di segnali di onde gravitazionali di lunga durata, prodotti ad esempio dalla rotazione di stelle di neutroni in modo non simmetrico rispetto al loro asse. Inoltre, i segnali da fusione di sistemi binari di buchi neri, come GW150914, il primo evento di onda gravitazionale mai rilevato, dovrebbero diventare abbastanza comuni: si potrebbe arrivare a registrarne fino a uno a settimana. E gli scienziati si aspettano anche di osservare diverse fusioni di stelle di neutroni, come GW170817 che ha aperto l’era dell’astronomia multimessengera e ha fornito spunti di approfondimento per la fisica nucleare, la cosmologia e la fisica fondamentale.

Infine, O3 prevede un’altra importante novità: nell’ultimo periodo di presa dati, si dovrebbe unire anche il rivelatore giapponese KAGRA, estendendo le capacità di rivelazione e puntamento della rete globale.