Virgo è uno dei tre interferometri laser a terra più sensibili per il rilevamento delle onde gravitazionali (GW). Si trova a Cascina, in provincia di Pisa, nel sito dell’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO). È un progetto nato da una collaborazione tra Francia (CNRS) e Italia (INFN) ed è ora gestito da una collaborazione internazionale di scienziati provenienti da Francia, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Spagna, Ungheria, Belgio e Germania.
Le GW sono previste dalla Relatività Generale come increspature nel tessuto dello spazio-tempo che si propagano alla velocità della luce. Sono generati da molte diverse sorgenti astrofisiche – come binari massicci di buchi neri, coalescenza binaria compatta (come la fusione di due buchi neri o due stelle di neutroni in un sistema binario), esplosioni di supernova, pulsar – o possono essere di origine cosmologica. La loro indagine ci sta permettendo di sondare fenomeni estremi guidati dalla gravità, domini inesplorati della fisica della materia a densità sopranucleare e di forti campi gravitazionali.
Il primo segnale GW, per il quale è stato assegnato il Premio Nobel per la Fisica 2017, è noto come GW150914. È stato rilevato il 14 settembre 2015. Due buchi neri, di massa M1= 35,4 M☉ e M2 = 29,8 M☉, si sono fusi risultando in un unico buco nero con una massa finale di M= 62,2 M☉ e con circa 3 M☉ irradiati come GW. Per questa scoperta, le collaborazioni Virgo e LIGO hanno ricevuto il Breakthrough Prize in Fundamental Physics e il Gruber Cosmology Prize nel 2016 e la Einstein Medal nel 2017.
Durante il secondo Observing Run (O2), la rete potenziata (Advanced Virgo e i due interferometri Advanced LIGO) ha rilevato il primo segnale gravitazionale emesso dalla fusione di due stelle di neutroni (GW170817). Ciò ha permesso di seguire per la prima volta l’evento nello spettro elettromagnetico, segnando così la nascita dell’astronomia multi-messaggero.
Nelle prime 2 sessioni osservative, Virgo e LIGO hanno rilevato 10 fusioni binarie di buchi neri e 1 binaria di stelle di neutroni. La terza run (O3) è iniziata ad aprile 2019 e terminerà ad aprile 2020. Grazie alla maggiore sensibilità, la rete sta rilevando sempre più segnali GW (vedi https://gracedb.ligo.org/superevents/public/O3/ ). Un’app mobile per fornire le ultime notizie sulle collisioni di buchi neri e sulla fusione di stelle di neutroni può essere scaricata per Android e per iOS.
Il Gruppo INFN Virgo di Roma Tor Vergata si occupa di aspetti chiave della fisica GW:
Ottica adattiva. Tor Vergata ha la responsabilità della progettazione, installazione e funzionamento del sistema dedicato al rilevamento e alla correzione dell’aberrazione ottica introdotta nell’interferometro dall’elevata potenza circolante nei suoi bracci oa causa di imperfezioni nel processo di fabbricazione degli specchi dell’interferometro.
Rumore termico. Ricerca e sviluppo sui rivestimenti multistrato depositati sulle superfici ottiche del core. Vengono effettuati studi sperimentali sulle proprietà ottiche e meccaniche al fine di minimizzare il rumore termico che limita la sensibilità degli attuali rivelatori GW avanzati. Questi risultati sono preziosi per molte altre applicazioni in esperimenti di alta precisione.
Ottica quantistica.Studi sperimentali sulla generazione di stati di luce spremuti al fine di ridurre il livello di rumore quantistico, migliorando così la sensibilità nell’intera gamma di frequenze del rivelatore.
Segnali di stelle di neutroni. Ricerca di GW da stelle di neutroni rotanti (a seconda delle informazioni disponibili sulla localizzazione del cielo, frequenza e sua evoluzione nel tempo) e studio dei parametri per descrivere la fisica della sorgente.
Ricerche multimessaggero. Sviluppo di strategie per la rivelazione di GW coincidenti e di emissioni di neutrini a bassa energia in collassi gravitazionali ed e.m. azione supplementare.
Il Gruppo INFN Virgo di Roma Tor Vergata si occupa di aspetti chiave della fisica GW:
- Ottica adattiva. Tor Vergata ha la responsabilità della progettazione, installazione e funzionamento del sistema dedicato al rilevamento e alla correzione dell’aberrazione ottica introdotta nell’interferometro dall’elevata potenza circolante nei suoi bracci a causa di imperfezioni nel processo di fabbricazione degli specchi dell’interferometro.
- Rumore termico. Ricerca e sviluppo sui rivestimenti multistrato depositati sulle superfici ottiche del core. Vengono effettuati studi sperimentali sulle proprietà ottiche e meccaniche al fine di minimizzare il rumore termico che limita la sensibilità degli attuali rivelatori GW avanzati. Questi risultati sono preziosi per molte altre applicazioni in esperimenti di alta precisione.
- Ottica quantistica.Studi sperimentali sulla generazione di stati di luce spremuti al fine di ridurre il livello di rumore quantistico, migliorando così la sensibilità nell’intera gamma di frequenze del rivelatore.
- Segnali di stelle di neutroni. Ricerca di GW da stelle di neutroni rotanti (a seconda delle informazioni disponibili sulla localizzazione del cielo, frequenza e sua evoluzione nel tempo) e studio dei parametri per descrivere la fisica della sorgente. Ricerche multimessaggero.
- Sviluppo di strategie per la rivelazione di GW coincidenti e di emissioni di neutrini a bassa energia in collassi gravitazionali ed e.m. azione supplementare.
