Alle 17:00 italiane di oggi, 10 aprile 2024, i rivelatori LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) in America e Virgo in Italia entreranno nuovamente in funzione, e rimarranno accesi fino a febbraio 2025.

Inizia infatti un nuovo ciclo di osservazione, il 04b, durante il quale gli interferometri ascolteranno il cosmo, alla ricerca di segnali di onde gravitazionali, increspature dello spaziotempo generate da eventi cosmici particolarmente energetici.

Lo scorso ciclo, 04a, è iniziato il 24 maggio 2023 e si è concluso il 16 gennaio 2024, ma solo LIGO era attivo. Ora subentrerà anche Virgo, sito a Cascina in provincia di Pisa, in Italia. Prima del termine della sessione di osservazioni, arriverà anche l’interferometro KAGRA (KAmioka GRAvitational wave detector) in Giappone.

Da Einstein a quel primo segnale

Le onde gravitazionali furono previste nel 1916 come soluzioni ondulatorie dell’equazione di campo di Einstein linearizzata, all’interno della teoria della Relatività Generale di Albert Einstein. Secondo tale teoria, la curvatura e la distorsione dello spaziotempo sono legate alla distribuzione della massa e dell’energia. Perciò, nel corso di eventi cosmici in cui enormi masse variano la loro distribuzione in modo repentino (come l’esplosione di supernovae o la collisione di oggetti compatti) lo spaziotempo viene scosso.

Tale scossa si propaga in maniera ondulatoria, e il segnale, una forma di radiazione, può potenzialmente essere rilevato. LIGO e Virgo sono costituiti da bracci perpendicolari di 3-4 km, lunghi tunnel attraverso i quali passano raggi laser. Quando le onde gravitazionali attraversano la Terra, deformano lo spazio-tempo, alterando la lunghezza dei bracci in modo quasi impercettibile. Un rilevatore misura le differenze di fase tra i raggi laser riflessi dagli specchi posti ai capi dei bracci, misurando così le onde gravitazionali.

Il primo rilevamento avvenne il 14 settembre 2015 alle 10:50:45 italiane, da parte di LIGO e Virgo entro una finestra temporale di coincidenza di 10 millisecondi. L’annuncio di questa scoperta venne dato l’11 febbraio 2016.

Il segnale rilevato da LIGO e Virgo consisteva nell’osservazione di un’onda emessa nell’ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, distanti circa 1 miliardo e 300 milioni di anni luce.

A LIGO e Virgo si unirà anche KAGRA

Nel corso degli anni è nato l’International Gravitational Waves observatory Network (IGWN). Si tratta di un network di interferometri per onde gravitazionali di cui fanno parte LIGO, Virgo, l’interferometro KAGRA in Giappone e Geo600 in Germania, oltre che la futura sede LIGO in India.

Il programma di osservazione di tutti questi rivelatori è suddiviso in cicli di osservazione, tempi di inattività per la costruzione e la messa in servizio, e cicli transitori tra la messa in servizio e i cicli di osservazione. Durante i cicli di osservazione, sono previsti periodi di attività coordinata tra i diversi osservatori.

Il ciclo 04b vedrà la collaborazione di LIGO, Virgo e KAGRA. I primi due saranno messi in funzione alle 15:00 UTC di oggi. Anche KAGRA avrebbe dovuto unirsi fin da oggi, tuttavia è stato necessario tardare la sua messa in funzione a causa del terremoto nella Penisola di Noto di magnitudo 7.6, avvenuto l’1 gennaio 2024 a 120km dal sito KAGRA.

I danni al tunnel, al sistema di vuoto e al sistema criogenico sono stati lievi, ma 9 dei 20 sistemi di sospensione degli specchi devono essere riparati, e ciò richiederà un ritardo di almeno sei mesi rispetto al piano precedente, scrive EGO (European Gravitational Observatory).

Gli obbiettivi di questo ciclo

Entro la fine della sessione, prevista per una data ancora da concordare di febbraio 2025, LIGO e Virgo hanno come obbiettivo quello di misurare almeno 200 segnali di onde gravitazionali. La speranza degli scienziati è quella di riuscire a rilevare eventi multimessaggeri, in cui non solo si rileva il segnale dell’onda gravitazionale, ma è possibile anche, con altri telescopi a Terra o nello spazio, misurare il segnale luminoso associato all’evento che ha generato l’onda.

La presenza di Virgo può fare una differenza significativa, ma anche gli aggiornamenti alla strumentazione. I rilevatori LIGO di Hanford, nello Stato di Washington e di Livingston, in Louisiana, durante questi tre mesi di cessione delle attività sono stati oggetto di manutenzione e modifiche. In particolar modo, sono stati migliorati i sistemi ottici che inviano la luce laser, oltre che i sistemi di rintracciamento e isolamento delle fonti di rumore nelle camere a vuoto nelle sale sperimentali alle estremità dei bracci di 4km.

Anche i modelli di segnale nuovi e più accurati e i metodi di analisi dei dati più avanzati aumenteranno le possibilità che dall’analisi dei dati emergano nuove interessanti informazioni, per esempio utili ad ampliare la nostra conoscenza dello fondo stocastico di onde gravitazionali, causato dalla sovrapposizione casuale di onde gravitazionali prodotte nelle prime fasi della nascita dell’Universo.

La durata prevista per il ciclo 04 è in tutto di 18 mesi, esclusa l’interruzione da gennaio a oggi per la messa in servizio. Solo nei primi sette mesi e mezzo, LIGO ha identificato 81 candidati ad eventi gravitazionali altamente probabili. L’enorme quantità di dati raccolta è ancora in fase di analisi.