Riparte la caccia alle onde gravitazionali, in aiuto di Ligo e Virgo arriva il rivelatore giapponese Kagra

Lunedì 1 Aprile 2019 di Enzo Vitale
Buchi neri in una visione artistica
Specchi tirati a lucido, sospensioni dei quarzi migliorate e laser messi a punto con una precisione molecolare. Ora la capacità di scrutare l’Universo supera di gran lunga l’ultima fase di osservazione che aveva portato alla scoperta della prima onda gravitazionale della storia. E così, dopo un anno di “upgrade” (ammodernamento, ndr), come lo chiamano gli scienziati, gli interferometri Ligo (due negli Stati Uniti ad Hanford nello stato di Washington e a Livingstone in Lousiana) e Virgo (in Italia a Cascina, in provincia di Pisa) da oggi sono nuovamente pronti a ripartire nella loro caccia del tutto particolare. Ma c’è di più: lo studio di questi particolari fenomeni potrebbe tornare utile anche ad altre branche della scienza come la geofisica, in particolar modo alla sismologia.

Professor Vocca, per quale motivo si è reso necessario questo ammodernamento degli interferometri?
«Sono macchine che rappresentano sempre il limite estremo della ricerca del settore, pertanto periodicamente si aggiornano per aumentarne sempre più la sensibilità. La collaborazione Ligo/Virgo ha già previsto una serie di “upgrade” da fare anche nei prossimi anni interrompendone periodicamente la presa dati per aumentare sempre più il volume di universo osservato».


(L'astrofisico Helios Vocca è tra i principali “investigatori” in Italia delle onde gravitazionali)

Da oggi, dunque, rientreranno in servizio permanente effettivo sia Ligo che Virgo, ci può spiegare in dettaglio che tipo di ammodernamento è stato fatto?
«I rivelatori hanno subito una serie di miglioramenti per minimizzare sempre più alcuni dei rumori principali che ne limitano la sensibilità. Riguardano ad esempio il sistema di sospensione degli specchi dell’interferometro ed il laser stesso».

Cosa vi aspettate dalla nuova fase di osservazione?
«Stavolta gli strumenti ci danno la possibilità di poter osservare un volume di universo 10 volte più grande rispetto a quello di prima. Ci aspettiamo un numero di rivelazioni di sistemi di stelle binarie coalescenti (sia buchi neri che stelle di neutroni) molto superiore a quanto già rivelato. Si prevede di poterne osservare fino ad un evento a settimana. Inoltre speriamo di rivelare anche segnali diversi, come ad esempio la fusione di sistemi binari misti, formati da una stella di neutroni ed un buco nero o segnali continui, prodotti da stelle di neutroni asimmetriche rispetto al loro asse di rotazione».

Quali sono gli istituti italiani coinvolti?
«Sono molte le sezioni Infn e le Università che fanno parte della campagna osservativa. L’elenco è lungo e comprende gruppi di Firenze, Genova, Gssi, Milano Bicocca/Parma/Torino, Napoli, Padova, Trento, Perugia, Pisa, Roma La Sapienza, Roma Tor Vergata, Salerno, Sannio e Urbino».

Qual è il compito che compete alla sua squadra e perché le vostre “sospensioni” si sono rivelate migliori di tutte le altre?
«Ci occupiamo da anni della minimizzazione di uno dei rumori fondamentali che domina la sensibilità di questi rivelatori, il rumore termico. Per questo motivo abbiamo sviluppato, inizialmente in collaborazione tra Perugia e Glasgow (rispettivamente per Virgo e Ligo), e successivamente per Virgo con altri gruppi, come Roma La Sapienza, Firenze e Urbino, un sistema di sospensione monolitico degli specchi di Virgo fatto di quarzo».

Ce li può descrivere?
«Hanno un peso di 42 chili, sono sospesi a quattro fili di quarzo del diametro di 0,4 mm tramite una tecnologia particolare che è stata sviluppata appositamente da noi e dai gruppi sopracitati. Basti pensare che le fibre di quarzo che utilizziamo sono in grado di sostenere un carico di circa il doppio rispetto a quello dell’acciaio, ma sono estremamente delicate. Basta sfiorarle anche solo con un capello che le fibre sotto tensione esplodono in migliaia di pezzi».

(Una immagine rielaborata della zona dove opererà il rivelatore giapponese Kagra)

Mi conferma che nella cosiddetta O3 (così viene definito il nuovo periodo di presa dei dati, ndr) verranno coinvolte anche altre realtà?
«In Giappone è stato realizzato un nuovo rivelatore (Kagra) con caratteristiche avanzate rispetto a Ligo e Virgo che speriamo possa unirsi a noi entro la fine dell’anno. Questo ingresso sarà strategico perché dal punto di vista scientifico potrà migliorare la localizzazione degli eventi rivelati e porterà un incremento delle competenze nel settore. L’ingresso di Paesi come il Giappone, la Corea e la Cina sarà molto importante anche in vista dello sviluppo di detector futuri».

Cosa realizzerete a Perugia?
«In virtù della forte collaborazione con i giapponesi (e non solo) stiamo costruendo un laboratorio, finanziato per lo più dalla Regione e dall’Università, per studiare sistemi criogenici di sospensione degli specchi per i detector per onde gravitazionali e per poter applicare queste tecnologie anche in settori diversi, come ad esempio quello dello studio dei terremoti».


(La locandina del convegno di Perugia sulle onde gravitazionali)

Ci spieghi meglio...
«I terremoti, ma anche gli tsunami, sono causati dallo spostamento di grandi masse che urtando tra loro provocano la propagazione di onde sismiche. Al momento in alcune parti del mondo si stanno sviluppando reti di sensori per monitorare gli eventi sismici. Questi fungono da allarme per il terremoto prima del suo arrivo, sfruttando la differenza di velocità tra la trasmissione radio (alla velocità della luce) e quella di propagazione delle onde sismiche stesse (molto più lente). In Giappone, ad esempio, questa differenza può essere sufficiente per lanciare un allerta da pochi a diverse decine di secondi prima dell’evento, dando la possibilità di intervenire bloccando i treni ad alta velocità, le aziende o per metter in salvo vite umane».

Quindi in futuro non così lontano potremo avere una sorta di allerta sui terremoti?
«Una possibile ricaduta della tecnologia sviluppata per la realizzazione di sospensioni così sensibili potrebbe riuscire a misurare direttamente il segnale gravitazionale emesso dalla rottura improvvisa delle faglie che viaggia alla velocità della luce. In questa maniera si potrebbe ottenere un ulteriore miglioramento nell’allerta sismico, oltre alle evidenti ricadute scientifiche per lo studio dei terremoti».

La tecnologia italiana è all'altezza delle altre in campo per questo specifico settore?
«La tecnologia italiana è in questo settore è sicuramente tra le più avanzate, prova ne sono le sospensioni sviluppate per i rivelatori per le onde gravitazionali utilizzate anche nei detector americani e giapponesi».


(Oltre a Ligo e Virgo entrerà in azione Kagra, anche l'India si prepara ad ospitare un sito, la mappa)

Sono più importanti quelle generate da due stelle di neutroni o quelle tra buchi neri?
«Sono entrambi estremamente interessanti dal punto di vista scientifico, ma avere la possibilità di rivelare onde gravitazionali emesse da sorgenti che emettono anche onde elettromagnetiche aumenta enormemente la possibilità di confrontare i risultati ottenuti dall’astrofisica gravitazionale con quella tradizionale. L’unico evento di fusione di due stelle di neutroni ha di fatto dato il via ad una nuova branca dell’astronomia, la cosiddetta astronomia “multimessenger”».


enzo.vitale@ilmessaggero.it Ultimo aggiornamento: 19:24 © RIPRODUZIONE RISERVATA

LE VOCI DEL MESSAGGERO

Lozzi e il derby dei Casamonica, da Virginia solo una passerella

di Simone Canettieri

Visita i Musei Vaticani, la Cappella Sistina e San Pietro senza stress. Salta la fila e risparmia

Prenota adesso la tua visita a Roma