Il LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) della National Science Foundation riprenderà la sua caccia alle onde gravitazionali, increspature nello spazio e nel tempo, il 1° aprile. dopo aver ricevuto una serie di aggiornamenti ai suoi laser, specchi, e altri componenti. LIGO, che consiste di rivelatori gemelli situati a Washington e in Louisiana, ha ora un aumento combinato della sensibilità di circa il 40 percento rispetto alla sua ultima corsa, il che significa che può rilevare un volume di spazio ancora maggiore rispetto a prima per potenti, eventi che generano onde, come le collisioni dei buchi neri.

Ad unirsi alla ricerca sarà la Vergine, il rilevatore di onde gravitazionali con sede in Europa, situato presso l'Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) in Italia, che ha quasi raddoppiato la sua sensibilità dalla sua ultima corsa e sta iniziando anche il 1 aprile.

"Per questa terza corsa osservativa, abbiamo ottenuto miglioramenti significativamente maggiori alla sensibilità dei rilevatori rispetto all'ultima esecuzione, "dice Peter Fritschel, Il capo scienziato rivelatore di LIGO al MIT. "E con LIGO e Virgo che osservano insieme per il prossimo anno, rileveremo sicuramente molte più onde gravitazionali dai tipi di sorgenti che abbiamo visto finora. Siamo ansiosi di vedere anche nuovi eventi, come una fusione di un buco nero e una stella di neutroni".

Nel 2015, dopo che LIGO ha iniziato ad osservare per la prima volta in un programma aggiornato chiamato Advanced LIGO, ha presto fatto la storia effettuando la prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali. Le increspature sono arrivate sulla Terra da una coppia di buchi neri in collisione situati a 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Per questa scoperta, tre dei principali attori di LIGO:Barry C. Barish di Caltech, il professore di fisica Ronald e Maxine Linde, Emerito, e Kip S. Thorne, il professore di fisica teorica Richard P. Feynman, Emerito, insieme a Rainer Weiss del MIT, professore di fisica, emerito, ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica 2017.

Da allora, la rete di rivelatori LIGO-Virgo ha scoperto nove ulteriori fusioni di buchi neri e una distruzione esplosiva di due stelle di neutroni. quell'evento, soprannominato GW170817, generato non solo onde gravitazionali ma luce, che è stato osservato da decine di telescopi nello spazio ea terra.

"Con i nostri tre rilevatori ora operativi con una sensibilità notevolmente migliorata, la rete globale di rivelatori LIGO-Virgo consentirà una triangolazione più precisa delle sorgenti di onde gravitazionali, " afferma Jo van den Brand di Nikhef (l'Istituto nazionale olandese per la fisica subatomica) e VU University Amsterdam, chi è il portavoce della collaborazione Virgo. "Questo sarà un passo importante verso la nostra ricerca per l'astronomia multi-messaggero".

Ora, con l'inizio della prossima corsa congiunta LIGO-Virgo, gli osservatori sono pronti a rilevare un numero ancora maggiore di fusioni di buchi neri e altri eventi estremi, come ulteriori fusioni di stelle di neutroni-neutroni o una fusione di stelle di neutroni-buco nero ancora da vedere. Una delle metriche che il team utilizza per misurare gli aumenti della sensibilità è calcolare fino a che punto possono rilevare le fusioni di stelle di neutroni-neutroni. Nella prossima corsa, LIGO sarà in grado di vedere quegli eventi a una media di 550 milioni di anni luce di distanza, o più di 190 milioni di anni luce più lontano di prima.

Una chiave per raggiungere questa sensibilità coinvolge i laser. Ogni installazione LIGO è composta da due lunghi bracci che formano un interferometro a forma di L. I raggi laser vengono sparati dall'angolo della "L" e rimbalzano sugli specchi prima di tornare indietro lungo le braccia e ricombinarsi. Quando le onde gravitazionali passano, allungano e comprimono lo spazio stesso, apportando impercettibilmente piccole modifiche alla distanza percorsa dai raggi laser e influenzando così il modo in cui si ricombinano. Per questa prossima corsa, la potenza del laser è stata raddoppiata per misurare con maggiore precisione questi cambiamenti di distanza, aumentando così la sensibilità dei rivelatori alle onde gravitazionali.

Altri aggiornamenti sono stati apportati ai mirror di LIGO in entrambe le posizioni, con un totale di cinque degli otto specchi sostituiti con versioni più performanti.

"Abbiamo dovuto rompere le fibre che tengono gli specchi e con molta attenzione estrarre le ottiche e sostituirle, "dice Calum Torrie, Responsabile dell'ingegneria meccanica-ottica di LIGO al Caltech. "È stata un'enorme impresa ingegneristica".

Questa prossima esecuzione include anche aggiornamenti progettati per ridurre i livelli di rumore quantistico. Il rumore quantistico si verifica a causa di fluttuazioni casuali di fotoni, che può portare a incertezza nelle misurazioni e può mascherare deboli segnali di onde gravitazionali. Utilizzando una tecnica chiamata "spremitura, " inizialmente sviluppato per i rivelatori di onde gravitazionali presso l'Australian National University, e maturato e abitualmente utilizzato dal 2010 presso il rivelatore GEO600, i ricercatori possono spostare l'incertezza nei fotoni intorno, rendendo meno certe le loro ampiezze e le loro fasi, o tempi, più certo. La tempistica dei fotoni è fondamentale per la capacità di LIGO di rilevare le onde gravitazionali.

Torrie afferma che il team di LIGO ha trascorso mesi a mettere in servizio tutti questi nuovi sistemi, assicurandosi che tutto sia allineato e funzioni correttamente. "Una delle cose che soddisfa noi ingegneri è sapere che tutti i nostri aggiornamenti significano che LIGO può ora vedere più lontano nello spazio per trovare gli eventi più estremi nel nostro universo".