Una nuova tecnica potrebbe aumentare fino al 31% la sensibilità del futuro aggiornamento di LIGO

Le onde gravitazionali rappresentano uno degli strumenti più avanzati per esplorare l’Universo e comprendere fenomeni cosmici estremi. Un gruppo di ricercatori dell’Università della California, Riverside, ha sviluppato una nuova tecnica che potrebbe migliorare in modo significativo le prestazioni di LIGO, uno dei principali osservatori di onde gravitazionali al mondo, aprendo la strada a osservazioni ancora più dettagliate del cosmo.

Una soluzione per migliorare la precisione di LIGO

Secondo uno studio guidato dal professor Jonathan Richardson e pubblicato sulla rivista Classical and Quantum Gravity, il nuovo metodo consente di ricostruire con maggiore precisione le deformazioni ottiche degli specchi attraverso l’analisi delle loro immagini termiche.

L’approccio potrebbe incrementare fino al 31% la sensibilità del futuro aggiornamento LIGO A+, rendendo possibile l’individuazione di eventi cosmici più deboli e lontani, come le fusioni di stelle di neutroni. Un simile progresso amplierebbe sensibilmente la porzione di Universo osservabile dagli strumenti scientifici.

La tecnologia potrebbe inoltre essere adottata nei prossimi osservatori di onde gravitazionali, tra cui il progetto statunitense Cosmic Explorer e l’Einstein Telescope, infrastruttura europea destinata a rappresentare una delle future frontiere della ricerca astronomica.

Come vengono misurate le onde gravitazionali

Deformazioni infinitesimali degli specchi

LIGO rileva le onde gravitazionali misurando variazioni di distanza inferiori alle dimensioni di un protone. Per farlo utilizza due interferometri con bracci lunghi quattro chilometri, nei quali fasci laser vengono riflessi ripetutamente da specchi realizzati con materiali di elevatissima purezza.

Sebbene questi specchi siano progettati per ridurre al minimo le perdite, una piccola quantità dell’energia del laser viene comunque assorbita. Il calore generato provoca deformazioni superficiali dell’ordine di pochi nanometri, sufficienti ad alterare leggermente il percorso della luce e a ridurre la precisione delle misurazioni.

Fino a oggi gli ingegneri hanno compensato queste deformazioni riscaldando in modo controllato gli specchi. Tuttavia, stabilire con precisione dove intervenire e quale quantità di calore applicare rappresenta una sfida tecnica complessa.

La nuova tecnica basata sulle immagini termiche

Telecamere a infrarossi e modelli fisici

Il nuovo sistema affronta direttamente questo problema combinando immagini termiche a infrarossi, misurazioni ottiche e modelli di trasferimento del calore per ricostruire le deformazioni dell’intera superficie dello specchio.

Uno degli aspetti più interessanti della soluzione è l’impiego di telecamere termiche disponibili sul mercato, installabili all’esterno dell’interferometro senza la necessità di sviluppare nuove tecnologie dedicate. Questo potrebbe facilitare l’integrazione del sistema negli impianti esistenti e ridurre i costi di implementazione.

Maggiore sensibilità significa osservare un Universo più esteso

L’incremento della sensibilità previsto potrebbe sembrare contenuto, ma il suo impatto scientifico è molto più rilevante. Aumentando la distanza massima alla quale un evento può essere rilevato cresce infatti anche il volume di Universo osservabile, che aumenta con il cubo della distanza.

Secondo i ricercatori, il nuovo metodo consentirebbe a LIGO A+ di individuare fusioni di stelle di neutroni fino a circa 10 megaparsec più lontano rispetto alle capacità attuali, pari a circa 33 milioni di anni luce aggiuntivi.

Applicazioni nei futuri osservatori di onde gravitazionali

La tecnica è già stata inclusa tra le possibili soluzioni previste per Cosmic Explorer, il futuro osservatorio statunitense di terza generazione, del quale Jonathan Richardson ricopre il ruolo di responsabile della progettazione del sistema.

Anche l’Einstein Telescope, il grande progetto europeo che punta a raggiungere una sensibilità circa dieci volte superiore rispetto agli strumenti attualmente in funzione, potrebbe beneficiare di tecnologie analoghe.

Ridurre anche le più piccole fonti di rumore, come le deformazioni termiche degli specchi, sarà infatti determinante per rilevare un numero crescente di eventi gravitazionali e approfondire lo studio di regioni dell’Universo che oggi rimangono oltre la portata degli interferometri disponibili.

Giacomo Marinelli

Giacomo Marinelli è autore per Tecnosuper.net e si occupa di raccontare l’attualità con uno stile chiaro, equilibrato e orientato ai lettori. Segue temi che spaziano dalle notizie di cronaca e politica all’economia, dalla tecnologia allo sport, fino all’intrattenimento e al lifestyle. Il suo obiettivo è offrire informazioni utili, aggiornate e facilmente comprensibili, mettendo in evidenza fatti, sviluppi e storie che hanno un impatto concreto sulla vita quotidiana e sugli interessi del pubblico.