I danni ritardano il riavvio del rilevatore di onde gravitazionali giganti in Italia | Scienza

Alla fine di questo mese, i fisici riprenderanno la caccia ai mostri astrofisici: buchi neri e stelle di neutroni che si scontrano nell’oscurità ed emettono increspature nello spazio chiamate onde gravitazionali. Ma uno dei tre rilevatori che hanno rilevato tali onde – Virgo vicino a Pisa, in Italia – funzionava con la tecnologia. Problemi che ne ritardano il riavvio, dopo 3 anni di chiusura di tutti gli impianti per manutenzione e adeguamento. Per i prossimi mesi, due rivelatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in Louisiana e nello stato di Washington prenderanno dati, rendendo più difficile individuare le fonti nel cielo.

Il problema non è negli aggiornamenti, ma sembra essere nelle vecchie aree che creano rumore che soffoca molti segnali, afferma Fyodor Sorrentino, fisico dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e coordinatore della messa in servizio di Virgo. “Ma non possiamo esserne sicuri al 100%”, dice, prima di aprire il rilevatore. Daniel Holz, un astrofisico dell’Università di Chicago, afferma che tali singhiozzi sono normali, anche se LIGO e Virgo li hanno persi. “Siamo destinati a questo tipo di disgrazia, perché il nostro eccesso di fortuna si è esaurito.”

La fortuna è iniziata nel 2015, quando i rivelatori LIGO hanno rilevato per la prima volta le increspature formatesi quando due buchi neri supermassicci si sono scontrati e si sono fusi. Due anni dopo, LIGO e Virgo hanno rilevato una fusione vicina di due stelle di neutroni, provocando un’esplosione nota come kilonova, che è stata osservata da innumerevoli telescopi. Finora, i tre rivelatori hanno contato più di 90 fusioni di buchi neri e due stelle di neutroni.

Ogni rivelatore è un grande dispositivo ottico a forma di L chiamato interferometro. La luce rimbalza tra gli specchi appesantiti alle estremità di ciascun braccio della L. Un po’ di luce filtra attraverso gli specchi all’altezza del gomito, ei due fasci di luce si intersecano annullandosi o rafforzandosi a vicenda, a seconda della lunghezza relativa dei bracci. Un’onda gravitazionale che passa in genere allunga un braccio più dell’altro, facendo uscire la luce dal dispositivo in sincronia con l’onda.

Le braccia dovrebbero essere abbastanza lunghe da trovare un leggero allungamento. LIGO è di 4 chilometri e Virgo, 3 chilometri. I rilevatori devono anche ridurre al minimo altre risonanze per mantenere ciascuna lunghezza del braccio larga 1 femtometro per un protone. Quindi l’intero rig è alloggiato in una camera a vuoto e un elaborato sistema di sospensione sostiene ogni specchio. I problemi di Virgo sembrano sorgere con le sospensioni e gli specchietti.

Ciascuno dei suoi specchi da 40 kg è appeso a un paio di sottili fili di vetro. Nel novembre 2022, la fibra che sostiene uno specchio si è rotta. Sorrentino dice che anche se lo specchio cade per un breve tratto, la vibrazione allenta uno dei quattro magneti attaccati allo specchio e lo stabilizza. I movimenti del magnete generano una piccola quantità di calore, ovvero vibrazioni nel vetro. Inoltre, un altro braccio che ha subito una caduta simile nel 2017 ora presenta una piccola crepa interna nel vetro che sta crescendo e generando calore. Il rumore riduce la sensibilità di Virgo alla metà di quella che era alla fine dell’ultima corsa.

I problemi sono diventati evidenti di recente, poiché alcuni aggiornamenti hanno richiesto più tempo del previsto, afferma Gianluca Gemme, fisico dell’INFN e portavoce del gruppo Virgo di 850 membri. Invece di riavviare il rilevatore, i ricercatori hanno semplicemente aperto la sua camera a vuoto e rimosso il magnete sciolto da uno specchio e sostituito l’altro specchio. Quel lavoro dovrebbe essere completato entro luglio, dice Gemm. Ci vorranno ancora alcuni mesi per accordare lo strumento. “Se tutto va bene e non ci sono ulteriori fonti nascoste di rumore, possiamo unirci [LIGO] In autunno”, dice Zemm. Tuttavia, Sorrentino avverte: “Questa situazione attuale è un po’ spaventosa perché non sai cosa succederà se ci metti le mani sopra. [mirrors].”

Entrambi i rilevatori LIGO stanno funzionando bene e dovrebbero essere pronti per il riavvio il 24 maggio, afferma Patrick Brady, astrofisico dell’Università del Wisconsin-Milwaukee e portavoce della collaborazione LIGO. Ma la temporanea perdita della verginità limiterà la scienza che si può fare. Tre rivelatori possono individuare una sorgente nel cielo entro poche decine di gradi quadrati. Dei due, la localizzazione è la peggiore.

Il valore di tale triangolazione è stato dimostrato nell’agosto 2017 quando i rivelatori Virgo e LIGO hanno rilevato la prima fusione di stelle di neutroni. Le coordinate sono state rapidamente trasmesse agli astronomi, utilizzando parabole radio, telescopi ottici, rilevatori di raggi gamma e altri strumenti per individuare l’esplosione e trovare gli elementi pesanti spuri, che si sono rivelati una miniera d’oro cosmica.

Ma anche con LIGO, una corsa di 18 mesi dovrebbe produrre molta scienza, dice Brady. I rivelatori di LIGO sono già il 30% più sensibili di prima e dovrebbero rilevare una fusione di buchi neri ogni 2 o 3 giorni, per un totale di 270. Quella resistenza dovrebbe ridurre la dispersione delle masse dei buchi neri e potrebbe rivelare accoppiamenti insoliti tra buchi neri che ruotano in direzioni diverse. Queste informazioni potrebbero aiutare a rivelare come si formano le coppie di buchi neri, dice Brady. “L’eccitazione arriverà non solo aumentando i numeri, ma anche nell’ottenere questi eventi eccezionali”.