La rete globale di interferometri ‘Ligo – Virgo’ apre una nuova era per la scienza delle onde gravitazionali. Il gruppo Virgo di Perugia è tra i protagonisti di questa meravigliosa avventura scientifica.
Le collaborazioni Virgo e Ligo annunciano, nell’ambito del G7 Scienza che è iniziato il 27 settembre a Torino, la prima osservazione congiunta di onde gravitazionali da parte di tutti e tre i rivevatori. Il che dimostra il potenziale scientifico della rete globale di rilevatori di onde gravitazionali, che consente una migliore localizzazione della sorgente e la misura delle polarizzazioni delle onde gravitazionali.
Ma vediamo cosa è successo esattamente. Un segnale di onda gravitazionale, prodotto dalla coalescenza di due buchi neri di masse stellari, è stato misurato con precisione inedita dai due rilevatori di Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), con sede negli Stati Uniti, a Livingstone, in Louisiana, e ad Hanford, nello Stato di Washington. Ma anche anche dal rilevatore Virgo, che ha sede allo European Gravitational Observatory (EGO) a Cascina, vicino a Pisa, fondato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese.
L’osservazione (GW170814) dei tre rilevatori è stata registrata il 14 agosto 2017 alle 10.30.43 UTC. Le onde gravitazionali – increspature del tessuto dello spaziotempo – sono state emesse durante i momenti conclusivi della fusione di due buchi neri, con masse rispettivamente di 31 e 25 volte la massa del Sole, distanti 1,8 miliardi di anni luce. Il buco nero che è nato dalla fusione ha una massa 53 volte quella del nostro Sole. Ciò significa che, durante la coalescenza, circa 3 masse solari sono state convertite in energia sotto forma di onde gravitazionali.
Questa è la quarta rilevazione di onde gravitazionali prodotte dalla fusione di un sistema binario di buchi neri. Il nuovo evento non è importante solo per l’astrofisica, ma anche perché è il primo segnale di onde gravitazionali registrato dal rilevatore Virgo, che ha recentemente completato l’aggiornamento della configurazione Advanced Virgo.
“È stato meraviglioso vedere un primo segnale di onde gravitazionali nel nostro nuovo rilevatore, dopo solo due settimane dall’inizio della presa dati”, commenta Jo van den Brand di Nikhef e VU University Amsterdam, coordinatore della collaborazione di VIRGO. “Questa è una grande ricompensa dopo tutto il lavoro svolto negli ultimi sei anni per la realizzazione del progetto Advanced VIRGO, che ha consentito di potenziare il nostro rivelatore”.
Valeria Fedeli, ministro dell’Istruzione, commenta: “Questo straordinario traguardo della fisica, che oggi al G7 Scienza viene comunicato assieme dalle due collaborazioni LIGO e VIRGO, è per tutti noi motivo di grande soddisfazione. Innanzitutto perché testimonia il valore della cooperazione scientifica internazionale, chiave di volta per affrontare le grandi sfide per il progresso della conoscenza impegnandosi in uno sforzo congiunto e coordinato per raggiungere traguardi ambizioni”.
Prosegue: “Il risultato annunciato sottolinea anche l’importanza di progettare e investire nelle grandi infrastrutture di ricerca globali, che hanno la capacità di attrarre e ottimizzare competenze e risorse su scala planetaria. Infine, come rappresentante istituzionale della ricerca scientifica italiana, l’annuncio di oggi è per me motivo d’orgoglio per il contributo determinante del nostro Paese, reso possibile grazie al costante lavoro delle nostre ricercatrici e dei nostri ricercatori, coordinati dall’INFN, e dalla capacità di innovare della nostra industria. Quello che agli inizi era potuto sembrare a molti un progetto visionario sta aprendo oggi una nuova epoca per lo studio del nostro universo”. L’articolo che descrive i dettagli di questa scoperta è stato accettato per la pubblicazione dalla rivista Physical Review Letters ed è apparso oggi su arXiv.
Il rivelatore VIRGO si è unito alla rete di interferometri gravitazionali nel secondo ciclo di osservazione, chiamato Run (O2), il 1° agosto 2017 alle ore 10:00, dopo aver ultimato il programma di aggiornamento pluriennale di Advanced VIRGO, e dopo mesi di intenso lavoro di commissioning: tutto ciò ha consentito di migliorare notevolmente la sua sensibilità. La rivelazione in tempo reale è stata così realizzata con i dati di tutti e tre gli strumenti LIGO e VIRGO. La collaborazione tra LIGO e VIRGO è maturata nell’ultimo decennio. Meeting congiunti delle collaborazioni e analisi comuni dei dati hanno portato le due comunità a lavorare come un’unica grande collaborazione globale. Altri risultati, sulla base dei dati raccolti dalla rete di tre rivelatori, saranno annunciati nel prossimo futuro dalla collaborazione di LIGO-VIRGO: l’analisi dei dati è attualmente in corso e sarà presto completata.
Virgo è un progetto nato dall’idea dell’italiano Adalberto Giazotto e del francese Alain Brillet, VIRGO conta più di 280 fisici e ingegneri appartenenti a 20 diversi gruppi di ricerca europei: otto dell’INFN in Italia; sei del CNRS in Francia; due nei Paesi Bassi con Nikhef; il MTA Wigner RCP in Ungheria; il gruppo POLGRAW in Polonia; l’Università di Valencia in Spagna ed EGO, il laboratorio che ospita ed è responsabile del funzionamento del rivelatore VIRGO in Italia.
L’Italia partecipa con le Sezioni INFN di Firenze, Genova, Milano Bicocca (gruppo collegato Parma), Napoli, Padova, Perugia, Pisa, Roma 1, Roma 2, TIFPA, e con le Università di Camerino, Genova, Gran Sasso Science Institute (GSSI), Napoli Federico II, Padova, Parma, Perugia, Pisa, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Salerno, Siena, Trento, Urbino.
Il gruppo Virgo di Perugia è stato tra i gruppi fondatori di Virgo in Italia. In oltre venticinque anni di attività, si è occupato degli aspetti del rumore termico delle ottiche dell’interferometro, grazie alle competenze sviluppate nel laboratorio NiPS (Noise in Physical Systems), oggi parte del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Università di Perugia. In particolare il gruppo Virgo Perugia, grazie ai finanziamenti e al supporto della locale Sezione INFN, ha avuto la responsabilità della costruzione di uno degli elementi fondamentali del rivelatore di onde gravitazionali: un sistema di sospensione degli specchi dell’interferometro che consente l’isolamento di questi dalle vibrazioni sismiche e contemporaneamente minimizza gli effetti di rumore derivanti dalle fluttuazioni termiche.
Attualmente il gruppo si occupa anche di coordinare lo studio per la realizzazione di detector di terza generazione. Il gruppo Virgo Perugia, fondato nei primi anni novanta del secolo scorso da Luca Gammaitoni e Fabio Marchesoni, è guidato dal 2012 da Helios Vocca e vede tra gli altri la partecipazione di Michele Punturo (INFN) quale coordinatore del computing per la collaborazione e Flavio Travasso che guida la realizzazione delle sospensioni degli specchi. Il risultato ottenuto con questa prima importante osservazione congiunta di onde gravitazionali, corona un lavoro durato molti anni e che ha visto avvicendarsi numerosi scienziati formatisi a Perugia. Tra questi: Paolo Amico, Francesca Baldaccini, Giampietro Cagnoli, Ludovico Carbone, Joseph Kovalik, Daniela Segoloni.