Il rilevatore di onde gravitazionali LIGO è finalmente tornato online con entusiasmanti aggiornamenti per renderlo molto più sensibile

Dopo una pausa di tre anni, gli scienziati negli Stati Uniti hanno appena attivato dei rilevatori in grado di misurare le onde gravitazionali, minuscole increspature nello spazio stesso che viaggiano attraverso l'universo.

A differenza delle onde luminose, le onde gravitazionali non sono quasi ostacolate dalle galassie, dalle stelle, dal gas e dalla polvere che riempiono l’universo. Ciò significa che misurando le onde gravitazionali, gli astrofisici come me possono sbirciare direttamente nel cuore di alcuni dei fenomeni più spettacolari dell'universo.

Dal 2020, l'Osservatorio laser interferometrico delle onde gravitazionali, comunemente noto come LIGO, è rimasto inattivo mentre è stato sottoposto ad alcuni entusiasmanti aggiornamenti. Questi miglioramenti aumenteranno significativamente la sensibilità di LIGO e dovrebbero consentire alla struttura di osservare oggetti più distanti che producono increspature più piccole nello spaziotempo.

Rilevando più eventi che creano onde gravitazionali, ci saranno più opportunità per gli astronomi di osservare anche la luce prodotta da quegli stessi eventi. Osservare un evento attraverso molteplici canali di informazione, un approccio chiamato astronomia multi-messaggero, offre agli astronomi opportunità rare e ambite di conoscere la fisica ben oltre il regno di qualsiasi test di laboratorio.

Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, la massa e l'energia deformano la forma dello spazio e del tempo. La flessione dello spaziotempo determina il modo in cui gli oggetti si muovono gli uni rispetto agli altri: ciò che le persone sperimentano come gravità.

Le onde gravitazionali si creano quando oggetti massicci come buchi neri o stelle di neutroni si fondono tra loro, producendo improvvisi e grandi cambiamenti nello spazio. Il processo di deformazione e flessione dello spazio invia increspature attraverso l’universo come un’onda attraverso uno stagno calmo. Queste onde viaggiano in tutte le direzioni a causa di un disturbo, piegando minuziosamente lo spazio e modificando leggermente la distanza tra gli oggetti sul loro percorso.

Anche se gli eventi astronomici che producono onde gravitazionali coinvolgono alcuni degli oggetti più massicci dell’universo, l’allungamento e la contrazione dello spazio sono infinitesimamente piccoli. Una forte onda gravitazionale che passa attraverso la Via Lattea può modificare il diametro dell'intera galassia solo di tre piedi (un metro).

Sebbene previsti per la prima volta da Einstein nel 1916, gli scienziati di quell’epoca avevano poche speranze di misurare i piccoli cambiamenti nella distanza postulati dalla teoria delle onde gravitazionali.

Intorno al 2000, gli scienziati del Caltech, del Massachusetts Institute of Technology e di altre università di tutto il mondo finirono di costruire quello che è essenzialmente il righello più preciso mai costruito: LIGO.

LIGO è composto da due osservatori separati, uno situato a Hanford, Washington, e l'altro a Livingston, Louisiana. Ogni osservatorio ha la forma di una gigantesca L con due bracci lunghi 2,5 miglia (quattro chilometri) che si estendono dal centro della struttura a 90 gradi l'uno rispetto all'altro.

Per misurare le onde gravitazionali, i ricercatori puntano un laser dal centro della struttura alla base della L. Lì, il laser viene diviso in modo che un raggio viaggi lungo ciascun braccio, si rifletta su uno specchio e ritorni alla base. Se un'onda gravitazionale passa attraverso i bracci mentre il laser brilla, i due raggi torneranno al centro in tempi leggermente diversi. Misurando questa differenza, i fisici possono discernere che un'onda gravitazionale è passata attraverso la struttura.

LIGO ha iniziato a funzionare all'inizio degli anni 2000, ma non era abbastanza sensibile da rilevare le onde gravitazionali. Pertanto, nel 2010, il team LIGO ha temporaneamente chiuso la struttura per eseguire aggiornamenti volti ad aumentare la sensibilità. La versione aggiornata di LIGO ha iniziato a raccogliere dati nel 2015 e ha rilevato quasi immediatamente le onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due buchi neri.

Dal 2015, LIGO ha completato tre cicli di osservazione. La prima, corsa O1, è durata circa quattro mesi; il secondo, O2, circa nove mesi; e il terzo, O3, è durato 11 mesi prima che la pandemia di COVID-19 costringesse le strutture a chiudere. A partire dalla corsa O2, LIGO ha osservato congiuntamente con un osservatorio italiano chiamato Virgo.