Oggi (30 novembre), gli scienziati hanno riavviato i rivelatori gemelli di LIGO, l'Osservatorio delle onde gravitazionali dell'interferometro laser, dopo aver apportato diversi miglioramenti al sistema. Nel corso dell'ultimo anno, hanno apportato miglioramenti ai laser di LIGO, elettronica, e ottiche che hanno aumentato la sensibilità dell'osservatorio dal 10 al 25 percento. I rivelatori, gli scienziati sperano, sarà ora in grado di sintonizzarsi con le onde gravitazionali - e gli eventi estremi da cui sorgono - che emanano da più lontano nell'universo.

Il 14 settembre, 2015, I rilevatori di LIGO hanno realizzato la primissima rilevazione diretta delle onde gravitazionali, appena due giorni dopo che gli scienziati hanno riavviato l'osservatorio come Advanced LIGO, una versione aggiornata dei due grandi interferometri LIGO, uno situato a Hanford, Washington, e gli altri 3, 000 chilometri di distanza a Livingston, Louisiana. Dopo aver analizzato il segnale, gli scienziati hanno stabilito che si trattava davvero di un'onda gravitazionale, che è nato dalla fusione di due enormi buchi neri distanti 1,3 miliardi di anni luce.

Tre mesi dopo, il 26 dicembre 2015, i rilevatori hanno raccolto un altro segnale, che gli scienziati hanno decodificato come una seconda onda gravitazionale, che scaturisce dall'ennesima fusione di buchi neri, un po' più lontano nell'universo, 1,4 miliardi di anni luce di distanza.

Ora con gli ultimi aggiornamenti di LIGO, i membri della LIGO Scientific Collaboration sperano di rilevare segnali più frequenti di onde gravitazionali, derivanti dalla collisione di buchi neri e altri fenomeni cosmici estremi. MIT News ha parlato con Peter Fritschel, il direttore associato per LIGO al MIT, e capo scienziato rilevatore di LIGO, sulla nuova visione di LIGO.

D:Che tipo di modifiche sono state apportate ai rilevatori da quando sono andati offline?

R:C'erano diversi tipi di attività nei due osservatori. Con il rilevatore a Livingston, Louisiana, abbiamo lavorato molto all'interno del sistema del vuoto, sostituzione o aggiunta di nuovi componenti. Come esempio, ogni rivelatore contiene quattro masse di prova che rispondono a un'onda gravitazionale che passa. Queste masse di prova sono montate in complessi sistemi di sospensione che le isolano dall'ambiente locale. Test precedenti avevano dimostrato che due dei modi vibrazionali di queste sospensioni potevano oscillare a un livello tale da impedire al rivelatore di funzionare con la sua migliore sensibilità. Così, abbiamo progettato e installato alcuni sintonizzati, smorzatori passivi per ridurre l'ampiezza di oscillazione di questi modi. Ciò consentirà al rivelatore Livingston di funzionare alla massima sensibilità per una frazione maggiore della durata dell'esecuzione dei dati.

Sull'Hanford, Washington, rivelatore, la maggior parte dello sforzo è stato orientato verso l'aumento della potenza del laser immagazzinata nell'interferometro. Durante la prima sessione di osservazione, avevamo circa 100 kilowatt di potenza laser in ogni braccio lungo dell'interferometro. Da allora abbiamo lavorato per aumentarlo di un fattore due, per raggiungere 200 kilowatt di potenza in ogni braccio. Questo può essere abbastanza difficile perché ci sono effetti termici e interazioni ottico-meccaniche che si verificano all'aumentare della potenza, e alcuni di questi possono produrre instabilità che devono essere domate. In realtà siamo riusciti a risolvere questo tipo di problemi e siamo riusciti a far funzionare il rilevatore con 200 kilowatt nelle braccia. Però, c'erano altri problemi che costavano la sensibilità, e non abbiamo avuto tempo per risolverli, quindi ora stiamo operando con una potenza dal 20 al 30 percento in più rispetto a quella che avevamo nel primo ciclo di osservazione. Questo modesto aumento di potenza dà un piccolo ma notevole aumento della sensibilità alle frequenze delle onde gravitazionali superiori a circa 100 hertz.

Abbiamo anche raccolto molte informazioni importanti che verranno utilizzate per pianificare il prossimo periodo di messa in servizio del rivelatore, che avrà inizio alla fine di questo periodo di osservazione di sei mesi. Abbiamo ancora molto lavoro impegnativo davanti a noi per arrivare alla nostra sensibilità progettuale finale.

D:Quanto è sensibile LIGO con questi nuovi miglioramenti?

A:La metrica che usiamo più comunemente è la sensibilità alle onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due stelle di neutroni, perché possiamo facilmente calcolare ciò che dovremmo vedere da un tale sistema, ma nota che non abbiamo ancora rilevato onde gravitazionali da una fusione stella-stella di neutroni. Il rivelatore Livingston è ora abbastanza sensibile da rilevare una fusione da una distanza di 200 milioni di parsec (660 milioni di anni luce). Questo è circa il 25 percento più lontano di quanto potrebbe "vedere" nella prima sessione di osservazione. Per il rilevatore Hanford, il corrispondente intervallo di sensibilità è praticamente alla pari con quello che era durante la prima esecuzione ed è inferiore di circa il 15% rispetto a queste cifre.

Ovviamente nella prima sessione osservativa abbiamo rilevato la fusione di due buchi neri, non stelle di neutroni. Il confronto della sensibilità per le fusioni di buchi neri è comunque più o meno lo stesso:rispetto all'osservazione dell'anno scorso, il rivelatore Livingston è circa il 25% più sensibile e il rivelatore Hanford è più o meno lo stesso. Ma anche piccoli miglioramenti nella sensibilità possono aiutare, poiché il volume di spazio che viene sondato, e quindi il tasso di rilevamento delle onde gravitazionali, cresce come il cubo di queste distanze.

D:Cosa speri di "sentire" e rilevare, ora che LIGO è tornato online?

A:Ci aspettiamo sicuramente di rilevare più fusioni di buchi neri, che è ancora una prospettiva molto eccitante. Ricordiamo che nella prima esecuzione abbiamo rilevato due di queste fusioni binarie di buchi neri e abbiamo visto prove evidenti per una terza fusione. Con il modesto miglioramento della sensibilità e il piano per raccogliere più dati rispetto a prima, dovremmo aggiungere alla nostra conoscenza della popolazione dei buchi neri nell'universo.

Ci piacerebbe anche rilevare le onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni. Sappiamo che questi sistemi esistono, ma non sappiamo quanto siano prevalenti, quindi non possiamo essere sicuri di quanta sensibilità abbiamo bisogno per iniziare a vederli. Le fusioni binarie di stelle di neutroni sono interessanti perché (tra le altre cose) si pensa che siano i produttori e i distributori degli elementi pesanti, come i metalli preziosi, che esistono nella nostra galassia.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.