Dove sono finite le onde gravitazionali? Ormai sono passati due anni dal primo storico annuncio e tra una rilevazione e l’altra gli strumenti vanno aggiornati, le tecnologie migliorate e le osservazioni raffinate. Di tutto questo abbiamo parlato con Massimiliano Razzano, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa e dell’INFN-Pisa, e membro della collaborazione internazionale Virgo.

 

– Come si migliora uno strumento come Virgo o Ligo? Cosa cercate nelle nuove tecnologie che applicate agli interferometri?

Gli strumenti attuali, Advanced LIGO e Advanced Virgo, appartengono alla cosiddetta seconda generazione di rivelatori, e avranno aregime una sensibilità di circa 10 volte le versioni precedenti, chiamate LIGO e Virgo. Per migliorare ulteriormente la sensibilità di questi strumenti occorre ridurre al massimo il rumore, cioè le possibili sorgenti si segnale spurio che potrebbero essere confuse con il segnale gravitazionale. Molte sono le nuove tecnologie allo studio, a partire da una maggiore riduzione del rumore sismico alle basse frequenze, del rumore termico e utilizzando laser più potenti, per ridurre il rumore quantistico più importante alle alte frequenze.

– Quali sono le onde gravitazionali più “facili” da captare? Quali oggetti esotici secondo voi potrebbero produrre onde?

E’ sicuramente un campo tutto nuovo, quindi è difficile immaginarsi tutte le sorgenti che potrebbero produrre onde gravitazionali. Quelle più “facili” da rivelare sono le sorgenti per le quali abbiamo delle ragionevoli previsioni sulla forma dell’onda emessa. Una delle tecniche di analisi dati più robuste e sensibili combina infatti i dati raccolti con il modello della forma d’onda attesa, per estrarre in maniera ottimale tutte le informazioni sulla sorgente. Ad esempio nel caso della coalescenza di due stelle di neutroni o buchi neri, la relatività generale ci fornisce gli strumenti per calcolare la forma dell’onda prodotta. A partire da queste previsioni è possibile compiere analisi più sofisticate per estrarre il segnale gravitazionale dal rumore. Ma ci aspettiamo che altri fenomeni celesti possano produrre onde gravitazionali, ad esempio l’esplosione di una supernova. In quel caso però , la rivelazione è più difficile perchè il segnale atteso è più debole e non ci sono ancora modelli teorici per spiegare fino in fondo l’emissione gravitazionale in questi casi. Si tratta tuttavia di un aspetto decisamente interessante, che potrebbe svelarci nuove sorprese sull’Universo gravitazionale.

 

– Abbiamo parlato a fondo delle nuove frontiere dell’astrofisica aperte dalla rilevazione delle onde. Quanto potrebbe aiutare nelle misurazioni avere uno strumento, simile ad un interferometro nello spazio, penso in particolare al programma LISA (eLISA)?

Un interferometro spaziale consentirebbe di andare a esplorare un intervallo di frequenze inferiori a 0.1 Hz molto inferiore a quello visibile con LIGO e Virgo, che sono sensibili all’incirca nella banda 10 Hz – 10 Khz. Per fare un paragone, LISA si confronta con LIGO e Virgo come un radiotelescopio si confronta con un telescopio ottico: entrambi osservano luce, cioè radiazione elettromagnetica, ma di lunghezza d’onda differente. Osservare a frequenze così basse ci permetterà di studiare fenomeni completamente diversi, ad esempio l’emissione di onde gravitazionali da parte di sistemi formati da due buchi neri supermassicci nel nucleo delle galassie.

– Quali sono i maggiori pericoli per uno strumento come VIRGO?

Virgo è uno strumento estremamente sensibile, quindi praticamente tutti i fenomeni fisici naturali, dai microsismi al rumore termico, sono dei “pericoli” che minacciano la rivelazione di segnali gravitazionali. Per questo motivo gran parte del lavoro consiste nel trovare nuovi metodi per abbattere queste fonti di rumore.

– L’ultima domanda è una piccola curiosità sulla vostra vita di scienziati: visto che le onde gravitazionali non vengono captate così spesso dagli strumenti, come si svolge una giornata scientifica di un ricercatore di VIRGO o LIGO?

In realtà uno strumento come LIGO o Virgo richiede un continuo studio, in modo da portarlo ad essere sempre più sensibile. Parte degli sforzi sono ad esempio in questa direzione. C’è poi un’attività di analisi continua dei dati che vengono raccolti, e che si concentrano non solo sui segnali transienti come ad esempio la fusione di due buchi neri, ma anche nel tentare di mettere in evidenza segnali gravitazionali continui, ad esempio dovuti a stelle di neutroni in rotazione oppure al cosiddetto fondo stocastico di onde gravitazionali. Inoltre è presente una continua attività di sviluppo di nuove tecniche di analisi dati, che verranno poi testate sui dati raccolti.

 

Gianluigi Marsibilio