La Collaborazione Virgo ha deciso di rimandare l’ingresso di Virgo nel prossimo periodo di osservazione (O4) per continuare le attività di commissioning del rivelatore e aumentare ulteriormente la sua sensibilità. L’inizio del nuovo ciclo di osservazioni, congiunte con gli interferometri LIGO e KAGRA, era previsto per il 24 maggio per una durata di 18 mesi. Dalla fine del periodo di osservazione O3 nel 2020, l’interferometro Virgo ha subito un importante aggiornamento per migliorare la sua sensibilità per il nuovo periodo di osservazione congiunta con gli interferometri LIGO e KAGRA. Questo aggiornamento ha tuttavia richiesto diversi mesi al team per rendere nuovamente stabile il rilevatore.
Ad oggi Virgo sarebbe in grado di osservare eventi simili ad alcuni già rilevati in precedenti periodi di osservazione. Per andare oltre, è ora necessaria una lunga e intensa caccia alle molteplici fonti di rumore che potrebbero limitare la sensibilità dell’interferometro. Inoltre, sottili problemi tecnici sembrano rallentare il processo. Questi molto probabilmente coinvolgono alcuni elementi ottici chiave e la complessa strumentazione che circonda e controlla gli specchi dell’interferometro. È quindi necessario effettuare un’operazione di manutenzione straordinaria, che preveda l’apertura delle grandi campane dell’ultra alto vuoto e la sostituzione di uno degli specchi, sospesi ai cosiddetti superattenuatori. Sono torri di pendoli rovesciati alte oltre 10 metri, che smorzano i disturbi esterni, mantenendo gli specchi perfettamente immobili. Si tratta di un’operazione complessa e delicata che richiede diverse settimane di lavoro.
“Finché non rompiamo il vuoto e apriamo le campane del vuoto per controllare direttamente i componenti dell’interferometro, non possiamo essere sicuri al cento per cento di quale sia il problema”, ha dichiarato Gianluca Gemme, recentemente eletto portavoce di Virgo. “Attualmente, la sensibilità dell’interferometro è in continuo aumento, ma procede lentamente. Siamo convinti che raggiungere la massima sensibilità dell’esperimento per sfruttare al massimo il suo potenziale di scoperta sia una priorità rispetto all’andare direttamente all’acquisizione dei dati. Abbiamo quindi deciso di agire ora per risolvere il problema tecnico che sta rallentando la crescita della sensibilità dell’interferometro. Sono operazioni che, al di là del lavoro che dovremo fare, comportano del tempo per rimuovere e poi ripristinare le condizioni dell’ultra alto vuoto. Solo dopo questo intervento potremo essere più precisi sulla tempistica che porterà Virgo a partecipare alla presa dati di O4, che durerà 18 mesi”.
Terminati i lavori di manutenzione, dovrà seguire la fase di collaudo dell’intero apparato sperimentale, che spingerà tutte le tecnologie di Virgo, dai laser ai sistemi ottici alle apparecchiature di attenuazione sismica, oltre i limiti fin qui raggiunti.
“Per dare un’idea della complessità della sfida tecnologica posta da strumenti potenti e sofisticati come Virgo”, spiega Fiodor Sorrentino, Virgo Commissioning Coordinator, “basti pensare che uno dei ‘rumori’ che “sentiamo” e che dobbiamo correggere è probabilmente a causa di un magnete di pochi decimi di grammo utilizzato per controllare la posizione degli specchi, che presenta oscillazioni infinitesimali dell’ordine del milionesimo di milionesimo di metro. Il contraccolpo prodotto sugli specchi da 40kg è centomila volte inferiore, ma comunque sufficiente a limitare la sensibilità di Virgo, che è in grado di misurare variazioni nella lunghezza dei suoi bracci paragonabili alla dimensione di un protone”.
Nei prossimi mesi gli scienziati della Virgo Collaboration saranno impegnati sia nelle attività tecniche sull’esperimento che nel lavoro scientifico di elaborazione e analisi dei nuovi dati provenienti dai due rivelatori LIGO.
Il rivelatore KAGRA, in Giappone, ha raggiunto la sensibilità minima prevista di 1 Mpc per l’inizio di O4. Dopo un mese di osservazione, KAGRA tornerà alla messa in servizio per migliorare la sua sensibilità verso la fine di O4.
Sensibilità
Il parametro standard utilizzato per descrivere la sensibilità raggiunta dagli interferometri gravitazionali (chiamato intervallo BNS) è la distanza alla quale gli strumenti possono rilevare la collisione di due stelle di neutroni (ovviamente, eventi più violenti o più massicci, come collisioni di buchi neri, sono rilevabili anche da parti molto più profonde dell’universo). Al momento, Virgo potrebbe rilevare una fusione di stelle di neutroni “standard” fino a una distanza di 30 megaparsec (Mpc), o circa 100 milioni di anni luce, dalla Terra. L’obiettivo della collaborazione scientifica è però quello di raggiungere una sensibilità di oltre 60 Mpc nei prossimi mesi.
Aggiornamento e messa in servizio di Virgo
A seguito della conclusione del terzo periodo di osservazione nel 2020, tutti i rivelatori della LVK Collaboration hanno effettuato una serie di importanti aggiunte e aggiornamenti tecnologici per aumentare la sensibilità degli strumenti e, di conseguenza, la porzione di universo che sono in grado di esplorare. Virgo, in particolare, ha effettuato notevoli upgrade installando un laser più potente e un sistema di riduzione del rumore quantico, ma soprattutto un nuovo specchio per rendere Virgo più sensibile alle alte frequenze delle onde gravitazionali. Alla fase di aggiornamento tecnologico segue una fase delicata, chiamata commissioning, in cui tutti i numerosi componenti della macchina vengono “messi in comunicazione”, con un complesso sistema di controlli e feedback, per raggiungere il punto di funzionamento ottimale dell’interferometro.
