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LIGO raddoppia

LIGO raddoppia la sua sensibilità

LIGO raddoppia la sua sensibilità

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Nei prossimi anni, gli interferometri gemelli costruiti negli Stati Uniti verranno potenziati fino a raddoppiare la loro sensibilità. Grazie a questo miglioramento, i due strumenti della collaborazione LIGO potrebbero rilevare onde gravitazionali ogni oraDavide Castelvecchi/Nature

onde gravitazionali fisica

Nel prossimo decennio dovrebbe essere possibile rilevare le onde gravitazionali quasi ogni ora. A partire dal 2023, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) verrà sottoposto al suo aggiornamento più significativo dal 2015, come hanno annunciato il 14 febbraio scorso i suoi enti finanziatori di Stati Uniti e Regno Unito.

La National Science Foundation degli Stati Uniti sta contribuendo con 20,4 milioni di dollari (18 milioni di euro) al progetto Advanced LIGO Plus (o ALIGO+), la UK Research and Innovation sta fornendo altri 10,7 milioni di sterline (12,3 milioni di euro), con un piccolo contributo dall’Australia. Gli aggiornamenti presso i due siti di LIGO, nello Stato di Washington e in Louisiana, includeranno l’aggiunta di una cavità ottica a vuoto di 300 metri di lunghezza. Questo aiuterà gli scienziati a manipolare le proprietà quantistiche dei laser nel cuore del sistema di rivelazione di LIGO e a ridurre il rumore.

LIGO è formato da interferometri a forma di L situati a Hanford, nello Stato di Washington, e Livingston, in Louisiana, ciascuno con due bracci di quattro chilometri. È entrato in funzione per la prima volta dal 2002 al 2010, per poi essere riavviato nel 2015 dopo numerosi aggiornamenti.

LIGO raddoppia la sua sensibilitàIllustrazione di due buchi neri in fase di fusione. (Science Photo Library RF/AGF)L’osservatorio ha effettuato la sua prima rivelazione – le onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due buchi neri – nel settembre di quell’anno. Finora ha catturato dieci fusioni di buchi neri, più una fusione di due stelle di neutroni. LIGO è stato sottoposto a miglioramenti periodici, e ora sta per riaprire dopo un aggiornamento progettato per aumentare la sensibilità del 50 per cento.

Un sistema migliorato
Ma gli aggiornamenti di ALIGO+ saranno più drastici. Se tutto andrà secondo i piani, LIGO sarà in grado di rilevare fusioni di

stelle di neutroni che si verificano entro 325 megaparsec (circa un miliardo di anni luce) dalla Terra, dice Ken Strain, fisico dell’Università di Glasgow, in Regno Unito, che guida un consorzio di università britanniche che dovrebbero ricevere la maggior parte del denaro del Regno Unito. Questo raddoppierà quasi la sensibilità di progetto che LIGO si aspetta di raggiungere prima dell’aggiornamento di ALIGO+, pari a 173 megaparsec.

LIGO è già in grado di individuare buchi neri distanti miliardi di parsec. Entro il 2022, dovrebbe rivelare circa uno di questi eventi al giorno, e il successivo aggiornamento di ALIGO+ dovrebbe spingerlo a un evento ogni poche ore.

Le modifiche miglioreranno anche la qualità delle osservazioni, non solo la loro frequenza, ha detto l’ex direttore di LIGO Barry Barish in una conferenza stampa a Washington, negli Stati Uniti. Per esempio, la riduzione del rumore permetterà ai ricercatori di dire in che modo i buchi neri ruotavano prima della fusione, il che può fornire indizi sulla loro storia. “Ci dà la possibilità di misurare le cose come non possiamo fare ora”, ha detto Barish, fisico del California Institute of Technology di Pasadena e premio Nobel per la fisica nel 2017.

Abbattere il rumore
Gli interferometri per le onde gravitazionali funzionano confrontando continuamente le lunghezze dei loro due bracci. Lo fanno facendo rimbalzare fasci laser tra coppie di specchi alle estremità di ciascun braccio, e quindi facendo convergere i due fasci su un punto centrale, dove si sovrappongono. In assenza di onde gravitazionali, le oscillazioni elettromagnetiche dei fasci si annullano. Ma se lo spazio-tempo viene disturbato e i bracci cambiano di lunghezza, i fasci laser non si cancellano più a vicenda e un sensore inizia a rilevare la luce.

Nella pratica, gli specchi non possono essere mantenuti perfettamente immuni dalle vibrazioni termiche e sismiche. Inoltre, il laser stesso produce rumore, a causa della natura casuale della fisica quantistica. Gli scienziati di LIGO hanno sviluppato tecniche elaborate per smorzare queste fonti di rumore e per estrarre segnali da qualsiasi rumore rimasto.

L’aggiornamento di LIGO che sta per essere completato include l’implementazione di una tecnica chiamata luce spremuta (squeezed light), che è anche usata dall’interferometro Virgo, costruito vicino a Pisa, a guida italo-francese. Il sistema per spremere la luce di LIGO ridurrà le fluttuazioni nel numero di fotoni che raggiungono il sensore di luce, ma aumenterà l’entità della spinta dei fasci sugli specchi. Come l’aria in un materasso ad aria parzialmente gonfiato, il rumore quantistico non può essere completamente eliminato, ma solo diffuso intorno. Il principale miglioramento di ALIGO+ – che richiede i tunnel da 300 metri – introdurrà la “spremitura dipendente dalla frequenza”. Ciò consentirà agli interferometri di ridurre allo stesso tempo sia la pressione sugli specchi sia le fluttuazioni del fotone. Altri miglioramenti includeranno nuovi specchi con rivestimenti all’avanguardia, che dovrebbero ridurre di quattro volte il rumore termico.

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 15 febbraio 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

 

Echi di luce da un buco nero

Echi di luce da un buco nero

(Cortesia Goddard Space Flight Center / NASA)

Un intensissimo bagliore rilevato da due strumenti a bordo della Stazione spaziale internazionale ha aiutato a comprendere come materia e energia sono espulsi da questo oggetto astronomico estremo. La scoperta ha segnato un punto importante a favore di un modello in cui la corona di un buco nero ha una struttura a forma di lampadina invece di una nuvola diffusa di Clara Moskowitz/Scientific American

astrofisica buchi neri astronomia

Noi tendiamo a pensare che i buchi neri divorino tutta la materia che li circonda, ma in realtà possono anche rigettarla. E a volte sembrano impazzire.

Gli astronomi di recente hanno individuato un buco nero, a quasi 10.000 anni luce dalla Terra, che ha mostrato un’enorme emissione di luce a raggi X. Le misurazioni di queste bizze del buco nero hanno dato agli scienziati una delle immagini più chiare di quello che accade quando i buchi neri eruttano con energia. “Una delle nostre grandi domande è come si passi dal processo in cui del materiale fluisce nel buco nero a quello in cui fluisce verso l’esterno”, dice l’astronoma Erin Kara dell’Università del Maryland a College Park, autrice di un articolo
pubblicato su “Nature”.

“Sappiamo che questo sta accadendo, ma non ne capiamo i dettagli”. Kara ha presentato la scoperta la scorsa settimana alla riunione annuale della American Astronomical Society a Seattle.


(Cortesia Goddard Space Flight Center / NASA)L’emissione è iniziata l’11 marzo 2018 e ha rapidamente trasformato un buco nero invisibile ai telescopi in uno degli oggetti più luminosi (nello spettro a raggi X) di tutto il cielo. L’oggetto, chiamato MAXI J1820+070, è stato individuato per la prima volta dall’esperimento Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI) sulla Stazione spaziale internazionale. Nei mesi successivi un altro osservatorio sulla stazione, il Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), ha monitorato il bagliore con osservazioni quasi quotidiane.

Gli astronomi non solo hanno misurato il buco nero estremamente luminoso in quel periodo, ma hanno anche osservato quelli che hanno chiamato “echi di luce”: lo scarto temporale tra la luce a raggi X proveniente da due diverse aree intorno al buco nero. Alcune luci provenivano direttamente
da una regione chiamata corona, fatta di elettroni e altre particelle cariche che si avvicinano al buco nero.

Più lontano e perpendicolarmente alla corona, c’è il “disco di accrescimento”, una ciambella di gas che gira attorno al buco nero e vi cade dentro. Un’altra luce in uscita dalla corona rimbalza da questo disco, arrivando poi ai rivelatori NICER. Mentre NICER osservava l’emissione, lo scarto temporale tra gli echi diventava sempre più breve, indicando che la distanza tra il disco e la corona si riduceva.

Poiché gli scienziati avevano prove che i confini del disco non stavano cambiando, hanno concluso che la corona stessa doveva diventare sempre più corta e che quindi la luce non doveva viaggiare molto per raggiungere il disco.

“Finora è la rilevazione più chiara di questi echi di luce emessi dal gas che cade in un buco nero di massa stellare nella nostra galassia”, dice Dan Wilkins, astrofisico alla Stanford University che non ha partecipato allo studio. “Essere in grado di rilevare un cambiamento nei ritardi temporali tra gli echi nel corso dell’emissione significa che possiamo iniziare a capire quello che accade attorno a un buco nero”.

Concentrarsi sulla corona è particolarmente utile perché gli scienziati ritengono che probabilmente questa regione sia la fonte da cui sono emessi potenti fasci di particelle e di luce, chiamati getti relativistici. Questi getti viaggiano a una velocità prossima a quella della luce e possono essere individuati in buchi neri sparsi per l’universo.

“Dal mio punto di vista, il bello di questo articolo è che possiamo davvero ‘vedere’ la corona che si riduce durante l’evoluzione dell’emissione”, dice Stephen Eikenberry dell’Università della Florida e coautore del nuovo articolo. “Non sono a conoscenza di alcuna previsione teorica per questo ‘restringimento’ né di alcuna osservazione precedente, quindi il risultato richiederà una revisione delle teorie sulla formazione dei getti”.



Illustrazione del modo in cui i raggi X provenienti dalla corona del buco nero (blu) generano gli echi di luce rimbalzando sul disco di accrescimento (arancione). (Cortesia Goddard Space Flight Center / NASA)Il buco nero esaminato nello studio ha una massa circa dieci volte quella del Sole. Le nuove osservazioni dovrebbero aiutare gli astronomi a comprendere non solo i buchi neri di dimensioni stellari come questo, ma anche i giganteschi buchi neri “supermassicci” che si trovano al centro delle galassie e hanno masse milioni di volte più grandi. “Questi sistemi di massa stellare sono un buon analogo dei buchi neri supermassicci”, dice Kara. “Hanno componenti simili, ma vediamo emissioni di diverse settimane e mesi, mentre nel caso dei buchi neri supermassicci durano anni”.

Le nuove scoperte corroborano una teoria sul modo in cui sono strutturate le corone dei buchi neri supermassicci, il cosiddetto “modello a lampione”, secondo cui le corone hanno una forma a lampadina sopra e sotto il buco nero, invece di una nuvola diffusa. “Queste nuove osservazioni sono in linea con il modello a lampione”, dice Wilkins. “Infatti, abbiamo osservato un comportamento molto simile durante le emissioni dei buchi neri supermassicci, vedendo un cambiamento nelle dimensioni della corona”.

Gli astronomi sperano che in futuro NICER, lanciato nel giugno 2017, e altri nuovi osservatori possano rilevare molte altre emissioni e contribuire a colmare i dettagli mancanti del processo. “È un momento davvero emozionante”, dice Joey Neilsen, fisico alla Villanova University e coautore dell’articolo. Stiamo arrivando a un punto in cui le osservazioni sono effettivamente in anticipo rispetto alla teoria. Le nuove missioni ci permettono di vedere cose a cui non avevamo necessariamente pensato prima”.

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(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su "Scientific American" l’11 gennaio 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

 

Varese esposizione 2019 L'anno del genio

I nostri amici di Monteviasco organizzano a Varese, dal 9 al 17 maggio una mostra intitolata:

"Tecnica ed arte per ricordare Leonardo"

volantino

è possibile scaricare la locandina cliccando qui

 

Riassunto Conferenza Dr. C. Abächerli

La conferenza Abächerli:

Sono certo che i circa cinquanta spettatori sono rimasti affascinati dal modo divulgativo, preciso e sistematico con cui il nostro conferenziere ha saputo attrarre i nostri ospiti.

Dall’eccellente e divulgativo modo di esporre le dimensioni del nostro universo, a tutte i suoi maggiori attori, il sistema solare e tutto quanto lo compone.

Non era facile esprimere in modo facile, e in modo semplice da ricordare le distanze nel sistema solare, ma il suo metodo “campo di calcio” o potremmo dire potenze di 10 ha superato brillantemente la prova.

Come sempre il nostro desiderio era di portare conoscenze, ebbene questa conferenza ha raggiunto il suo scopo, sia verso chi magari non era particolarmente preparato ma curioso, e verso chi aveva una buona conoscenza, ma ha così avuto la possibilità di trovare argomenti su cui riflette.

Grazie al nostro relatore e a tutti i nostri graditi ospiti.

conferenza conferenza conferenza

 


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