L'osservatorio rileva buchi neri che "collidono" tra loro.

L'aggiornamento consente all'osservatorio di rilevare segnali provenienti da collisioni di buchi neri ogni 2-3 giorni, rispetto a una volta alla settimana o meno frequentemente come in precedenza.

Le onde gravitazionali rilevate da LIGO sono generate da oggetti massicci e in rapido movimento. Queste onde deformano il tessuto dello spaziotempo durante il loro spostamento. Da quando LIGO ha iniziato a operare nel 2015, l'osservatorio ha registrato circa 90 eventi di onde gravitazionali, la maggior parte dei quali originati dal moto a spirale di coppie di buchi neri durante le fusioni.

L'osservatorio rileva le collisioni tra buchi neri.

LIGO è costituito da due rivelatori, o interferometri, situati nello Stato di Washington e in Louisiana. L'interferometro divide un raggio laser in due e li riflette avanti e indietro tra due specchi posti alle estremità di due lunghi tubi a vuoto. Ciascun tubo è lungo 4 km ed è disposto perpendicolarmente a forma di L. Un sensore è posizionato all'intersezione dei due tubi.

In assenza di perturbazioni spaziali, le oscillazioni dei fasci si annullerebbero a vicenda. Ma se lo spazio viene dilatato dalle onde gravitazionali, la distanza tra i fasci laser nei due tubi deve variare, non sovrapponendosi quindi perfettamente, e il sensore rileverà questa "differenza di fase".

Il grado di allungamento che gli eventi di onde gravitazionali esercitano sui tubi è in genere solo una frazione della larghezza di un protone. Affinché i sensori siano in grado di registrare variazioni così piccole, il sistema deve essere isolato dal rumore ambientale e dai laser stessi.

L'osservatorio rileva buchi neri che — L'osservatorio LIGO è costituito da due interferometri identici situati nello Stato di Washington e in Louisiana (USA), ciascuno composto da due tubi lunghi 4 chilometri disposti a forma di L. (Foto: Xinhua/Caltech/MIT/LIGO Lab)

Durante gli interventi di ammodernamento effettuati prima che l'osservatorio diventasse operativo nel 2019-2020, gli scienziati hanno ridotto il rumore utilizzando una tecnica chiamata "compressione della luce".

Questa tecnica mira a ridurre il rumore emesso dalla luce laser stessa. La luce è composta da singole particelle, quindi quando i raggi laser raggiungono il sensore, i singoli fotoni possono arrivare prima o dopo, impedendo alle onde laser di sovrapporsi e annullarsi completamente, anche in assenza di onde gravitazionali.

La tecnica di "compressione della luce" introduce un fascio laser ausiliario nell'interferometro, con fotoni più uniformi e meno rumorosi, per ridurre questo effetto, spiega Lee McCuller, fisico del California Institute of Technology.

È difficile ottenere una misurazione perfetta.

Tuttavia, a causa delle peculiari leggi della meccanica quantistica, la riduzione dell'incertezza nel tempo di arrivo dei fotoni aumenta le oscillazioni casuali nell'intensità dell'onda laser. Ciò fa sì che i fasci laser spingano gli specchi dell'interferometro, provocandone la vibrazione e creando un altro tipo di interferenza che ne riduce la sensibilità alle onde gravitazionali a bassa frequenza.

"Questo è uno splendido fenomeno naturale, che dimostra come non possiamo effettuare misurazioni assolutamente precise; la messa a punto in un punto ha un costo in un altro", ha affermato Nergis Mavalvala, fisico sperimentale del MIT.

Gli aggiornamenti effettuati dal 2020 ad oggi mirano a risolvere questo problema. Gli scienziati hanno realizzato ulteriori tubi a vuoto lunghi 300 metri, dotati di specchi a entrambe le estremità, per immagazzinare il fascio ausiliario per 2,5 millisecondi prima di immetterlo nell'interferometro. La funzione di questi tubi è quella di regolare la lunghezza d'onda del fascio laser ausiliario, riducendo il rumore ad alta frequenza e minimizzando al contempo le vibrazioni a bassa frequenza degli specchi.

Grazie a questo miglioramento, i ricercatori saranno in grado di estrarre informazioni più dettagliate su come i buchi neri generano le onde gravitazionali, inclusa la rotazione di ciascun buco nero sul proprio asse e la loro orbita reciproca. Ciò significa che la teoria della relatività generale di Albert Einstein, la teoria che prevede l'esistenza sia dei buchi neri che delle onde gravitazionali, sarà testata con maggiore rigore che mai.

Gli astrofisici prevedono inoltre che le onde gravitazionali riveleranno altri tipi di segnali oltre a quelli provenienti da collisioni e fusioni di buchi neri, come il segnale gravitazionale di una stella in collasso prima che si trasformi in una supernova. Gli scienziati sperano anche di rilevare onde gravitazionali dalla superficie di una pulsar, una stella di neutroni rotante che emette impulsi di radiazioni.

(Fonte: Zing News)

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