I danni ritardano il riavvio del gigantesco rilevatore di onde gravitazionali italiano

Alla fine di questo mese, i fisici riprenderanno la loro caccia ai mostri astrofisici: buchi neri e stelle di neutroni che si muovono nell’oscurità ed emettono increspature nello spazio chiamate onde gravitazionali. Ma uno dei tre rilevatori che hanno individuato tali onde – Virgo, vicino a Pisa, in Italia – ha riscontrato problemi tecnici che ne ritarderanno il riavvio, 3 anni dopo che tutte le strutture sono state chiuse per manutenzione e aggiornamenti. Per i prossimi mesi, solo i due rilevatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), in Louisiana e nello stato di Washington, raccoglieranno dati, rendendo più difficile individuare le sorgenti nel cielo.

Il problema sembra avere origine non negli aggiornamenti, ma nelle parti più vecchie che stanno creando rumore che potrebbe soffocare molti segnali, dice Fiodor Sorrentino, fisico dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e coordinatore della messa in servizio di Virgo. "Ma non possiamo essere sicuri al 100%" prima di aprire il rilevatore, dice. Daniel Holz, astrofisico dell'Università di Chicago, afferma che tali intoppi sono normali, sebbene LIGO e Virgo li abbiano evitati. "Ci dobbiamo questa sfortuna perché la nostra eccessiva fortuna doveva esaurirsi."

La fortuna è iniziata nel 2015, quando i rilevatori LIGO hanno rilevato per la prima volta le increspature prodotte quando due enormi buchi neri vorticavano l’uno nell’altro e si fondevano. Due anni dopo, LIGO e Virgo hanno avvistato una vicina fusione di due stelle di neutroni, che ha innescato un’esplosione chiamata kilonova che è stata osservata anche da una miriade di telescopi. Finora i tre rilevatori hanno registrato più di 90 fusioni di buchi neri e due di stelle di neutroni.

Ogni rilevatore è un enorme dispositivo ottico a forma di L chiamato interferometro. La luce rimbalza tra pesanti specchi alle estremità di ciascun braccio della L. Parte della luce filtra attraverso gli specchi al gomito e i due fasci di luce interferiscono, annullandosi o rinforzandosi a vicenda, a seconda delle lunghezze relative dei bracci. Un'onda gravitazionale di passaggio generalmente allunga un braccio più dell'altro, facendo sì che la luce esca dal dispositivo in sincronia con l'onda.

Per individuare il minuscolo allungamento, le braccia devono essere lunghe. Quelli di LIGO si estendono per 4 chilometri e quelli della Vergine per 3 chilometri. I rilevatori devono anche silenziare altre vibrazioni per stabilizzare la lunghezza di ciascun braccio a 1 femtometro, la larghezza di un protone. Quindi l'intero impianto risiede in una camera a vuoto e un elaborato sistema di sospensione supporta ogni specchio. I problemi della Vergine sembrano essere sorti nelle sospensioni e negli specchietti.

Ciascuno dei suoi specchi da 40 chilogrammi è sospeso a una coppia di sottili fibre di vetro. Nel novembre 2022, una fibra che supportava uno specchio si è rotta. Anche se lo specchio è caduto per una distanza minima, la scossa sembra aver allentato uno dei quattro magneti fissati sullo specchio e utilizzati per stabilizzarlo, dice Sorrentino. I movimenti del magnete generano un pizzico di calore, letteralmente vibrazioni nel vetro. Inoltre, uno specchio nell’altro braccio che ha subito una caduta simile nel 2017 ora sembra avere una piccola crepa interna che sta crescendo e generando calore. Il rumore limita la sensibilità di Virgo a circa la metà di quella che era alla fine dell'ultima corsa.

I problemi sono diventati evidenti solo di recente perché alcuni aggiornamenti hanno richiesto più tempo del previsto per essere commissionati, dice Gianluca Gemme, fisico dell'INFN e portavoce del team Virgo, composto da 850 membri. Invece di riavviare il rilevatore, i ricercatori apriranno la sua camera a vuoto per rimuovere il magnete allentato da uno specchio e sostituire l’altro specchio. Il lavoro dovrebbe essere completato entro luglio, dice Gemme. L'accordatura dello strumento richiederebbe qualche mese in più. "Se tutto va bene e non ci sono ulteriori fonti nascoste di rumore, dovremmo essere in grado di unirci a [LIGO] in autunno", dice Gemme. Tuttavia, Sorrentino avverte: "La situazione attuale è un po' spaventosa perché non sai mai cosa succederà quando metti le mani sui tuoi [specchi]".

I due rilevatori LIGO stanno funzionando bene e dovrebbero essere pronti per il riavvio del 24 maggio, afferma Patrick Brady, astrofisico dell'Università del Wisconsin-Milwaukee e portavoce della collaborazione LIGO. Ma la perdita temporanea della Vergine limiterà la scienza che può essere fatta. Tre rilevatori possono individuare una sorgente nel cielo entro poche decine di gradi quadrati. Con due, la localizzazione è molto peggiore.