ET, telescopio gigante per ascoltare i suoni dello spaziotempo


 

Einstein Telescope (ET) è il nome scelto per uno dei progetti più ambiziosi dei fisici europei dopo l’acceleratore LHC di Ginevra: un enorme telescopio a forma di triangolo con un perimetro di 30 chilometri realizzato sottoterra per captare le onde gravitazionali, increspature dello spaziotempo che si propagano alla velocità della luce, generate dai ”cataclismi cosmici”, come l’esplosione di supernovae o lo scontro tra buchi neri.
Il progetto verrà presentato il 20 maggio presso l’European Gravitational Observatory (EGO) di Cascina, presso Pisa.
Prodotte da masse stellari in movimento accelerato, le onde gravitazionali hanno un’ampiezza infinitesima. Per questa loro caratteristica rivelarle è davvero difficile, così difficile che non ci siamo ancora riusciti, cosicché oggi rappresentano il tassello mancante alla verifica sperimentale della Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein. Per intercettarle stiamo costruendo strumenti sempre più sofisticati di cui ET rappresenterà la prossima frontiera. ”Grazie alla sua estrema sensibilità alle basse frequenze, ET ci permetterà di osservare con regolarità le onde gravitazionali inaugurando così l’era di un nuovo tipo di astronomia, l’astronomia gravitazionale: sarà una vera e propria rivoluzione scientifica”, spiega Michele Punturo, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Perugia e coordinatore scientifico dello studio di progetto che la comunità dei ricercatori europei presenterà domani. ”ET è sostenuto dalla Commissione Europea e inserito nel VII Programma Quadro: questo testimonia il suo valore nell’ambito della ricerca fondamentale e tecnologica”, sottolinea Federico Ferrini, direttore di EGO e coordinatore del progetto di studio per ET. ”ET – prosegue Ferrini – si propone come un progetto comune che riunisca tutti gli scienziati europei impegnati nello studio delle onde gravitazionali, rappresenterà per loro uno strumento di indagine completamente nuovo’‘. ”Dopo tre anni di lavoro, la comunità scientifica impegnata nello studio delle onde gravitazionali, che comprende più di 200 scienziati provenienti dall’Europa e dal resto del mondo, presenta lo studio sull’Einstein Telescope, un progetto che apre la strada alla scoperta di un universo ancora sconosciuto”, aggiunge Fulvio Ricci della sezione INFN di Roma 1 La Sapienza.

Lo studio di progetto
ET è una delle più emozionanti imprese scientifiche dei prossimi anni: il progetto prevede la realizzazione di un osservatorio sotterraneo, ad una profondità tra i 100 e i 200 metri per isolarlo dai movimenti sismici. La struttura ospiterà un interferometro con bracci lunghi 10 km: sarà un ”orecchio” in grado di ”ascoltare” per la prima volta con regolarità quelle onde gravitazionali che finora sono state l’araba fenice della fisica astroparticellare. Rivelare le onde gravitazionali significherebbe anche studiare la formazione dell’Universo oltre quella cortina grigia rappresentata dai 380.000 anni dopo il Big Bang, quando il cosmo ha iniziato a essere ”trasparente” per la radiazione elettromagnetica, e quindi osservabile: quella è l’epoca, infatti, a cui risale la radiazione cosmica di fondo (CMB, Cosmic Microwave Background), la più antica forma di radiazione ”visibile” coi nostri telescopi.
Come spiegano i fisici europei, ET rappresenta la terza generazione di osservatori per la ricerca delle onde gravitazionali.
La prima generazione e’ costituita da interferometri laser che hanno raggiunto la sensibilità prevista dal progetto, dimostrando che le tecnologie necessarie per ottenerla potevano essere sviluppate e verificando la correttezza del principio su cui si basava tutto il lavoro. Di questa prima generazione fa parte VIRGO, l’esperimento coordinato da EGO a cui partecipa l’INFN, costituito da un interferometro con due bracci perpendicolari lunghi 3 Km l’uno, che si stendono nella campagna pisana.
La seconda generazione, quella che sta per essere messa in campo – di cui fa parte ADVANCED VIRGO – è rappresentata da interferometri laser con una sensibilità dieci volte maggiore rispetto ai predecessori, e in grado di misurare variazioni di lunghezza subatomiche nel percorso dei fasci laser che corrono all’interno dei bracci. Questa generazione sarà quindi in grado di rivelare per la prima volta in modo diretto un’onda gravitazionale, aprendo l’era dell’astronomia gravitazionale. In ogni caso, per avviare e proseguire gli studi di questa nuova astronomia c’è bisogno di strumenti ancora più sensibili e potenti, le cui osservazioni possano essere correlate con quelle dei telescopi che rivelano i raggi cosmici, i neutrini e la radiazione elettromagnetica.
Il passo ulteriore sarà appunto ET: uno strumento così preciso da permettere la ricostruzione di fenomeni avvenuti un milionesimo di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, un’era in cui nessun telescopio attuale può penetrare ma dove ET ci potrebbe invece portare.

La ricerca delle onde gravitazionali in Italia, l’esperimento VIRGO
Nel nostro Paese è in corso la caccia alle onde gravitazionali, grazie a un gigantesco e sensibilissimo interferometro laser: si tratta di VIRGO, in attività a Cascina, nella campagna pisana. Frutto di una collaborazione italo-francese tra INFN e CNRS e gestito dal consorzio EGO, VIRGO è un rivelatore costituito da due bracci perpendicolari di 3 km ciascuno, lungo i quali, all’interno di grandi tubi a vuoto, viaggiano due fasci laser. Il raggio laser iniziale è diviso in due fasci distinti da uno specchio semitrasparente. Questi vengono poi più volte riflessi, avanti e indietro, da speciali specchi in modo da aumentarne il percorso fino a 300 km, e infine vengono ricomposti. La loro sovrapposizione finale produce quella che viene chiamata figura di interferenza. Se un’onda gravitazionale attraversa l’interferometro, la lunghezza dei bracci varia e la figura di interferenza si modifica.
VIRGO è in grado di misurare variazioni di lunghezza dei bracci un miliardo di volte più piccole del diametro di un atomo. Costruire uno strumento così sensibile è stata ovviamente non solo una sfida scientifica ma anche tecnologica. Gli specchi di VIRGO hanno una riflettività del 99,999%. La loro superficie è così levigata che le dimensioni di eventuali irregolarità sono dell’ordine del miliardesimo di metro. Per evitare che movimenti del terreno li mettano in vibrazione è stato costruito un sistema di superattenuatori: cioè giganteschi ammortizzatori che sostengono gli specchi mediante catene di pendoli. E, per escludere disturbi dovuti alla rifrazione dell’aria, il fascio laser viaggia all’interno di tubi a ultra-alto vuoto, dove la pressione è di un millesimo di miliardesimo di atmosfera.
VIRGO collabora con altri tre interferometri: i due LIGO negli Stati Uniti e GEO600 in Germania.
Raccogliere dati in coincidenza permette di riconoscere e scartare segnali spuri. E, se un’onda gravitazionale venisse rivelata, la differenza del suo tempo d’arrivo nei vari dispositivi consentirebbe di localizzare la sorgente che l’ha prodotta. Sarebbero le prime osservazioni di una nuova astronomia.
http://www.infn.it/

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