14 settembre 2015
La nascita di una nuova astronomia
di Cristiano Palomba
a.
Direzione approssimativa di provenienza delle due onde gravitazionali rivelate, rispettivamente, il 14 settembre 2015 e il 26 dicembre 2015 dalla collaborazione Ligo-Virgo. Le varie linee colorate individuano l’area di provenienza con una probabilità che va dal 90% per la linea viola più esterna al 10% della linea rossa più interna. L’area delimitata dalla linea viola copre una vasta porzione di cielo, di circa 600 gradi quadrati per il primo evento e 850 gradi quadrati per il secondo, a causa del fatto che i segnali sono stati osservati da due soli rivelatori.
b.
Mappa con la posizione degli interferometri per rivelare onde gravitazionali già operativi, in costruzione e programmati.
Mappa con la posizione degli interferometri per rivelare onde gravitazionali già operativi, in costruzione e programmati.
c.
Una possibile rappresentazione artistica dell’interferometro di terza generazione Einstein Telescope. I tre tunnel percorsi dalla luce laser sono nel sottosuolo, per ridurre l’effetto del rumore sismico. Gli specchi sono raffreddati a temperature di pochi Kelvin, per abbattere il rumore termico.
Una possibile rappresentazione artistica dell’interferometro di terza generazione Einstein Telescope. I tre tunnel percorsi dalla luce laser sono nel sottosuolo, per ridurre l’effetto del rumore sismico. Gli specchi sono raffreddati a temperature di pochi Kelvin, per abbattere il rumore termico.
In parallelo, periodi di presa dati si alterneranno a fasi di ulteriori upgrade, in cui nuove soluzioni tecniche verranno implementate per aumentare la sensibilità e la stabilità degli strumenti e, al contempo, nuove procedure di analisi dati verranno sviluppate per estrarre quanta più informazione possibile dai flebili segnali gravitazionali. All’inizio del prossimo decennio avremo quindi una rete globale di antenne gravitazionali capaci, presumibilmente, di rivelare decine di segnali l’anno e di stimarne i parametri con grande accuratezza. Ma non ci accontentiamo! Per questo in Europa è già in fase di progettazione un rivelatore di terza generazione, l’Einstein Telescope (anche in questo caso con un notevole contributo dell’Infn), che potrebbe entrare in funzione intorno al 2030, con una sensibilità prevista circa dieci volte migliore rispetto a quella dei rivelatori attuali, e che permetterebbe di fare astronomia gravitazionale di precisione e studiare in dettaglio eventuali violazioni della gravità einsteiniana nelle condizioni di un campo gravitazionale “forte”, come quello in prossimità di oggetti estremamente densi, come le stelle di neutroni o i buchi neri. Più o meno con lo stesso orizzonte temporale è poi previsto il lancio del rivelatore spaziale eLisa (2032-2034), un ambizioso progetto finanziato dall’Esa (l’agenzia spaziale europea), che mira a portare in orbita attorno alla Terra una costellazione di tre satelliti in configurazione triangolare, con lati lunghi un milione di chilometri (circa tre volte la distanza Terra-Luna), che costituiranno i vertici di due giganteschi interferometri. Questo strumento sarà sensibile in una banda di frequenze, tra circa 1 mHz e 100 mHz (quindi molto più basse di quelle dei rivelatori “terrestri”) molto ricca di sorgenti di onde gravitazionali. Lisa Pathfinder, lanciato in orbita a fine 2015 e la cui missione durerà fino alla fine del 2016, è stato già in grado di dimostrare le tecnologie fondamentali che saranno usate in eLisa. Un altro promettente approccio alla rivelazione delle onde gravitazionali è basato sullo studio delle correlazioni temporali tra i segnali radio emessi dalle pulsar. Questa metodologia, che vede coinvolti radiotelescopi europei, americani e australiani (consorziati nel cosiddetto “International Pulsar Timing Array”), potrebbe nei prossimi anni portare alla rivelazione dei segnali prodotti a frequenze comprese tra il nanohertz e il microhertz nella fusione di buchi neri supermassivi (di molti milioni di masse solari). In conclusione, siamo solo agli albori dell’astronomia gravitazionale, ma i presupposti perché il suo avvento rappresenti una vera e propria rivoluzione nello studio dell’universo ci sono tutti. Nei prossimi anni avremo strumenti sempre più sensibili e metodi di analisi dei dati sempre più raffinati, per “ascoltare” il bisbiglio con cui l’universo ci parla. E quindi, è proprio il caso di dirlo, “orecchie aperte”!
Biografia
Cristiano Palomba è ricercatore dell’Infn di Roma e fa parte della collaborazione Virgo. Si occupa principalmente di analisi dei dati per la ricerca dei segnali gravitazionali emessi da stelle di neutroni.
Link
http://www.virgo-gw.eu/
https://www.ligo.caltech.edu/
http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2016-1/
http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/
http://gw-indigo.org/tiki-index.php?page=LIGO-India
http://www.et-gw.eu/
https://www.elisascience.org/
http://www.ipta4gw.org/