Il prossimo 10 aprile la collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA avvierà la seconda parte della quarta campagna osservativa (O4b). Anche il rivelatore Virgo, che si trova in Italia, vicino a Pisa, presso l’Osservatorio Gravitazionale Europeo fondato dall’INFN e dal francese CNRS, si unirà alla corsa per identificare nuovi eventi gravitazionali, insieme ai due interferometri statunitensi LIGO, quello di Hanford, nello stato di Washington e quello di Livingston, in Louisiana, che hanno condotto la prima parte del ciclo osservativo (O4a) da maggio 2023 a gennaio 2024. O4b è previsto durare fino all’inizio del 2025.
“L’astronomia delle onde gravitazionali è diventata un metodo chiave per studiare il nostro universo. Con i dati di questo ciclo osservativo contribuiremo ad ampliare in modo significativo i nostri orizzonti, e la conoscenza dei fenomeni più oscuri e violenti dell’universo”, commenta Patrick Brady, coordinatore della Collaborazione Scientifica LIGO.
“I rivelatori di onde gravitazionali sono strumenti all’avanguardia e come tali devono affrontare molte sfide. Siamo soddisfatti di poterci unire alla nuova campagna di presa dati: il contributo di Virgo sarà fondamentale per migliorare la localizzazione degli eventi multimessaggeri che ci aspettiamo di rivelare”, commenta Gianluca Gemme, ricercatore dell’INFN che coordina la Collaborazione Virgo.
I due rivelatori LIGO hanno iniziato la campagna osservativa O4 il 24 maggio 2023 e si sono fermati il 16 gennaio 2024 per manutenzione e aggiornamenti. Nel maggio 2023, Virgo aveva preso la decisione di proseguire le proprie attività di aggiornamento tecnologico fino al 2024 per mitigare l’impatto di diverse sorgenti di ‘rumore’. Mentre il rivelatore giapponese KAGRA si è unito a O4a per un mese prima di riprendere i lavori di aggiornamento.
La durata prevista del ciclo O4 è di 18 mesi, escluse le interruzioni per manutenzione e aggiornamento. Solo nei primi sette mesi e mezzo (O4a), i due rilevatori LIGO hanno identificato 81 candidati di eventi gravitazionali altamente probabili, un numero coerente con il tasso previsto di un evento ogni 2 o 3 giorni. La grande quantità di dati raccolti durante O4a è ancora in fase di analisi, e le osservazioni astrofisiche più significative saranno annunciate nei prossimi mesi. Entro la fine della campagna O4b, prevista per febbraio 2025, mantenendo un tasso di rivelazione simile, il numero totale di segnali di onde gravitazionali osservati potrebbe superare i 200.
“Affrontare sfide – spiega Gemme – è parte integrante delle imprese alla frontiera della scienza e della tecnologia: dopo un lungo periodo di aggiornamento tecnologico durante il quale abbiamo dovuto affrontare anche molte difficoltà, abbiamo raggiunto una sensibilità di 60 Mpc, quindi un livello pari ai più alti raggiunti da Virgo in passato. Il lavoro per migliorare ulteriormente la sensibilità del nostro rivelatore continuerà anche durante il periodo di presa dati che stiamo per iniziare”.
I rivelatori LIGO hanno interrotto le osservazioni lo scorso gennaio per attività di manutenzione programmate, che hanno portato a miglioramenti ai sistemi ottici che servono a “strizzare” la luce laser per superare i limiti di sensibilità imposti dalla meccanica quantistica. Un altro sforzo ha riguardato l’individuazione e l’isolamento delle fonti di rumore nelle numerose camere a vuoto delle sale sperimentali alle estremità dei bracci di quattro chilometri. Questi e altri miglioramenti permetteranno alla Collaborazione Scientifica LIGO di continuare ad aumentare la sensibilità dei suoi interferometri, che in O4a ha raggiunti i 160 Mpc per eventi prodotti da sistemi binari di stelle di neutroni.
Il rilevatore KAGRA in Giappone, che prevedeva di entrare in O4b fin dall’inizio, si unirà invece negli ultimi mesi del 2024, dopo aver risolto i danni causati in diverse strutture dell’esperimento dal terremoto (di magnitudo 7,6 con epicentro a 120 km dal sito KAGRA) che ha colpito la penisola di Noto lo scorso 1° gennaio. Nonostante si siano registrati solo lievi danni al tunnel, al sistema di vuoto e al sistema criogenico di KAGRA, purtroppo 9 dei 20 sistemi di sospensione degli specchi devono essere riparati e ciò richiederà un ritardo di almeno sei mesi rispetto al precedente programma. Alla conclusione dei lavori e della fase di messa in funzione, è previsto che KAGRA si unica a O4b con una sensibilità di circa 10 Mpc.
Nei prossimi mesi le ricercatrici e i ricercatori della collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA sperano di riuscire a rivelare nuovi eventi multimessaggeri, e in questo caso
la presenza di Virgo può fare la differenza nella localizzazione in cielo delle sorgenti di questi eventi eccezionali. Inoltre, rispetto all’ultimo ciclo di osservazioni, l’aggiornamento degli strumenti, i nuovi ancora più accurati modelli di segnale, e i metodi di analisi dei dati più avanzati aumenteranno le possibilità che dall’analisi dei dati emergano prove di nuovi segnali gravitazionali, come le cosiddette ‘onde gravitazionali continue’, ossia segnali con una frequenza quasi costante e ben definita che vengono generati da stelle di neutroni rotanti (pulsar) con una distribuzione di massa asimmetrica. I dati di O4 potrebbero anche aiutare ad ampliare la nostra conoscenza del fondo gravitazionale primordiale, prodotto dalle onde gravitazionali generate nelle prime fasi della nascita dell’universo. Come nelle precedenti campagne di osservazione, durante O4b gli avvisi delle rivelazioni di possibili candidati di onde gravitazionali saranno distribuiti pubblicamente.