Uno spazio più grande e migliore

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La ricerca delle increspature che scuotono lo spazio nell’universo ha appena ricevuto un grande impulso. Un progetto condotto dal MIT per costruire un rilevatore di onde gravitazionali più grande e migliore riceverà 9 milioni di dollari nei prossimi tre anni dalla National Science Foundation. L’iniezione di fondi sosterrà la fase di progettazione di Cosmic Explorer, un osservatorio di onde gravitazionali di prossima generazione che dovrebbe rilevare increspature nello spazio-tempo fin dall’universo primordiale. Per fare ciò, i rilevatori dell'osservatorio dovrebbero coprire l'intera lunghezza di una piccola città.

Il design concettuale dell'osservatorio prende spunto dai rilevatori di LIGO, l'Osservatorio per le onde gravitazionali dell'interferometro laser, gestito dal MIT e dal Caltech. LIGO “ascolta” le onde gravitazionali misurando i tempi di due laser che viaggiano dallo stesso punto, lungo due tunnel separati e ritorno. Qualsiasi differenza nei tempi di arrivo può essere un segnale che un'onda gravitazionale è passata attraverso il rilevatore a forma di L. LIGO comprende due rilevatori gemelli, situati in diverse località degli Stati Uniti. Un insieme simile di rilevatori, Virgo, opera in Italia, insieme ad un terzo, KAGRA, in Giappone.

Insieme, questa rete esistente di rilevatori rileva ogni pochi giorni le increspature provenienti da sorgenti di onde gravitazionali, come la fusione di buchi neri e stelle di neutroni. Cosmic Explorer, secondo gli scienziati, dovrebbe aumentare tale velocità fino a un segnale ogni pochi minuti. La scienza che emerge da queste rilevazioni potrebbe fornire risposte ad alcune delle più grandi domande della cosmologia.

MIT News ha parlato con il direttore esecutivo di Cosmic Explorer, Matthew Evans, professore di fisica al MIT, e il co-investigatore principale Salvatore Vitale, professore associato di fisica al MIT, su ciò che sperano di sentire dal primo universo.

Q:Raccontaci l'idea generale di Cosmic Explorer: cosa lo renderà un rilevatore di onde gravitazionali di "prossima generazione"?

Evans: Cosmic Explorer è in un certo senso un gigante LIGO. I rilevatori LIGO sono lunghi quattro chilometri per ciascun braccio, e Cosmic Explorer avrà un lato di 40 chilometri, quindi 10 volte più grande. E il segnale che riceviamo da un'onda gravitazionale è essenzialmente proporzionale alla dimensione del nostro rilevatore, ed è per questo che queste cose sono così grandi.

Più grande è meglio, fino a un certo punto. Ad un certo punto, hai abbinato la lunghezza del rilevatore alla lunghezza d'onda delle onde gravitazionali in arrivo. E poi, se si continua a ingrandirlo, ci saranno rendimenti davvero decrescenti in termini di produzione scientifica. È anche difficile trovare siti per costruire un rilevatore così grande. Quando si diventa troppo grandi, la curvatura della Terra inizia a diventare un problema perché il raggio laser del rilevatore deve viaggiare in linea retta, e ciò è meno possibile quando un rilevatore è così grande da dover curvare con la Terra.

In termini di ricerca di possibili siti, fortunatamente ora, a differenza degli anni '80, quando i siti venivano esaminati per LIGO, ci sono molti dati pubblici disponibili digitalmente. Quindi abbiamo già le prime versioni di ricerche algoritmiche in grado di cercare negli Stati Uniti potenziali siti candidati. Cerchiamo luoghi un po' pianeggianti ma anche un po' a forma di conca in termini di altitudine perché ciò eviterebbe qualche scavo. E stiamo cercando luoghi che non siano nel mezzo di città o laghi, o in montagna, e che non siano troppo lontani dalle regioni popolate in modo da poter immaginare di far entrare e uscire gli scienziati. Il nostro primo giro mostra che ci sono alcuni potenziali candidati, soprattutto nella metà occidentale degli Stati Uniti