Il progetto LIGO inizia una nuova caccia alle onde gravitazionali

L’ultima campagna, nota come O4, è iniziata il 24 maggio.

Sette anni fa, i ricercatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno segnalato il primo rilevamento di onde gravitazionali. Ora, l’elenco dei candidati alle onde gravitazionali conta quasi 100.

E gli astronomi sono fiduciosi di poter trovare più di queste increspature nel tessuto dello spazio-tempo, causate dall’accelerazione di oggetti massicci – ad esempio, due buchi neri che si muovono a spirale l’uno verso l’altro per una fusione catastrofica.

Il 24 maggio ha segnato l’inizio dell’Observation Run 4 (O4), il più recente sforzo della collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Con i rilevatori di onde gravitazionali recentemente aggiornati, gli astronomi sperano che O4 possa rendere la visione delle onde gravitazionali – e degli oggetti che le producono – un evento quotidiano.

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"Ci aspettiamo di passare da ciò che avevamo nel nostro ciclo precedente: una stella di neutroni ogni paio di mesi, un buco nero [binario] ogni settimana o 10 giorni", ha affermato Salvatore Vitale, astrofisico del Massachusetts Institute of Technology (MIT) , "a ottenere un buco nero binario ogni giorno o due, e una stella di neutroni ogni settimana."

Le onde gravitazionali sono un sottoprodotto della relatività generale, come previsto da Albert Einstein un secolo fa. La relatività generale sostiene che lo spazio e il tempo sono come un tessuto. Ogni oggetto lascia un'ammaccatura in quel tessuto, che noi percepiamo come gravità. In quel mondo, i disturbi – come la collisione di due buchi neri – possono inviare increspature attraverso il tessuto. Gli astronomi possono utilizzare rilevatori laser per individuare queste increspature.

Come suggerisce il nome di LVK, la collaborazione è uno sforzo su più fronti, che unisce quattro rilevatori in tre continenti: i due rilevatori di LIGO, uno a Livingston, Louisiana e un altro a Hanford, Washington; Vergine in Europa, che si estende attraverso le pianure toscane a sud-est di Pisa, Italia; e KAGRA, sotto le montagne del Giappone centrale.

Purtroppo, all'inizio di O4, solo la coppia di LIGO è pienamente operativa. La Vergine dovrà sottoporsi alla riparazione di uno specchio danneggiato e rimarrà disattivata per un periodo di tempo incerto. KAGRA, nel frattempo, osserverà solo per un mese prima di andare nuovamente offline; non ha raggiunto la sensibilità target e i suoi operatori sperano di riavviarlo alla fine del 2024.

Gli astronomi vogliono più rilevatori perché un singolo rilevatore di onde gravitazionali non fornisce dettagli sulla direzione in cui viaggiano le onde. Quindi, hanno bisogno di più rilevatori per triangolare effettivamente la sorgente delle onde gravitazionali. Con tutti e quattro gli astronomi potrebbero tracciare una sorgente fino a pochi gradi quadrati di cielo. Con solo due rilevatori, sono bloccati in una fetta di cielo molto più grande.

"Sarà più difficile per noi dire ai nostri amici con i telescopi dove puntare il loro telescopio", ha detto Vitale.

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Ma anche due rilevatori potrebbero raccogliere frutti scientifici. Con una sensibilità migliorata, i rilevatori possono individuare onde gravitazionali più deboli o più distanti. Ciò significa che gli scienziati possono raccogliere più eventi.

E con più eventi, sperano di iniziare a rispondere a una domanda incombente: dove tendono a formarsi i buchi neri che stanno vedendo?

Forse i buchi neri si sono formati all'interno delle galassie; forse si sono formati all'esterno, in ammassi globulari o in galassie nane. O forse sono primordiali, essendosi formati nello spazio grezzo all'inizio dell'universo.

"Per rispondere a questa domanda, è necessario disporre di un ampio set di dati", ha affermato Vitale.

L'attuale programma di LVK prevede che O4 funzioni per 18 mesi, fino al 2025. Successivamente, i rilevatori di onde gravitazionali si spegneranno per aggiornamenti e lavori di ingegneria - e ricominceranno di nuovo intorno al 2027 per un quinto periodo di osservazione più lungo.

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