L’Einstein Telescope non sarà l’unico osservatorio terrestre di onde gravitazionali di terza generazione. Oltre all’Europa, infatti, anche gli Stati Uniti hanno in cantiere un nuovo esperimento, che costituirà l’ideale successore degli interferometri del progetto statunitense LIGO, attualmente operativo con due strumenti a Hanford (nello stato di Washington) e a Livingstone (in Louisiana).
L’osservatorio del futuro si chiamerà Cosmic Explorer e sarà costituito (come LIGO) da una coppia di interferometri gemelli a forma di elle (L), da costruire in superficie. Tuttavia, rispetto all’esperimento attuale, le dimensioni del nuovo osservatorio saranno molto più imponenti: i due interferometri avranno infatti bracci lunghi rispettivamente 40 e 20 chilometri (rispetto ai quattro chilometri dei due strumenti di LIGO). Ciò si tradurrà in aumento considerevole della sensibilità dell’esperimento.
Un approccio significativamente diverso rispetto a Einstein Telescope: il progetto europeo, infatti, prevede di aumentare la sensibilità non tanto attraverso la realizzazione di interferometri molto più lunghi, ma piuttosto collocando l’infrastruttura sottoterra a una profondità compresa tra 100 e 300 metri (sebbene i bracci di ET avranno una lunghezza di 10 o 15 chilometri, a seconda della configurazione scelta, comunque ben superiore a quella degli strumenti attuali).
I due esperimenti, però, hanno una cosa in comune: il tempo necessario alla loro realizzazione e messa in opera sarà lungo, non inferiore ai dieci anni. Un periodo che coinciderà con una fase di potenziamento sia di LIGO sia di Virgo (l’osservatorio italo-franco-olandese con sede a Cascina, in Toscana), il cui ruolo sarà molto importante anche per testare tecnologie da impiegare poi negli osservatori di nuova generazione.
Ne abbiamo parlato con Peter Fritschel, direttore dell’unità di ricerca di LIGO del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge, e Kevin Kuns, ricercatore nella stessa unità e impegnato direttamente nel progetto Cosmic Explorer.
«In questo momento i rivelatori di LIGO sono operativi con l’O4, il quarto run di osservazione, iniziato lo scorso anno e a cui si è aggiunto nei mesi scorsi anche Virgo», sottolinea Fritschel. «O4 durerà indicativamente fino a metà del 2025, dopodiché inizierà una fase dedicata all’aggiornamento degli interferometri, che durerà circa due anni, con l’obiettivo di ridurre il rumore e aumentare ulteriormente la sensibilità. A quel punto inizierà il quinto ciclo osservativo, che ci porterà alla fine del decennio».
Il periodo successivo, che durerà almeno fino a metà degli anni Trenta (ma più verosimilmente fino alle soglie del 2040) sarà la vera “terra di mezzo” che segnerà il passaggio tra gli esperimenti di seconda e terza generazione. «Il nostro piano per la prossima decade è spingere ancora di più la tecnologia di LIGO, in particolare con il progetto di potenziamento chiamato ‘LIGO-#A’. Se sarà finanziato, come ci auguriamo, permetterà di ottenere un aumento ancora più significativo della sensibilità dell’esperimento e, al tempo stesso, mettere alla prova le nuove tecnologie sviluppate in vista dell’avvio di Cosmic Explorer», continua Frischel.
Un discorso simile vale anche per Virgo, che ha in cantiere il progetto di potenziamento “Virgo_nEXT”, anch’esso destinato in parte a fungere da “laboratorio” per Einstein Telescope.
Tornando al presente e a Cosmic Explorer, il percorso del futuro esperimento statunitense è ancora nella sua fase preliminare. «In questo momento siamo impegnati nella ricerca di siti candidati, in grado di ospitare un osservatorio lungo 40 chilometri. Alcune aree potenzialmente idonee sono state già individuate: nel prossimo futuro, cercheremo di approfondire le caratteristiche di questi siti, coinvolgendo in ogni azione anche gli stakeholder e la cittadinanza locale», spiega Kuns. «Parallelamente, siamo impegnati anche nello sviluppo del design concettuale del rivelatore».
Rispetto a Cosmic Explorer, la fase preparatoria di ET è iniziata con diversi anni di anticipo (sono infatti già stati individuati i siti candidati ed è stato elaborato il design concettuale, sebbene la configurazione dell’esperimento è ancora oggetto di discussione nella comunità scientifica), tuttavia la realizzazione dell’esperimento europeo richiederà verosimilmente più tempo rispetto a quello statunitense, soprattutto a causa della necessità di scavare una caverna sotterranea. «I due osservatori saranno complementari: sarebbe quindi ideale se iniziassero a operare più o meno nello stesso momento», prosegue Kuns. «Naturalmente sia Cosmic Explorer sia Einstein Telescope avranno obiettivi scientifici specifici, che potranno essere perseguiti separatamente, tuttavia al tempo stesso sarà fondamentale che i nuovi osservatori di terza generazione operino come una rete, condividendo dati e analizzando eventi in comune. Ciò potrà portare anche a risultati scientifici più accurati, come per esempio una migliore localizzazione delle sorgenti di onde gravitazionali».
L’importanza della cooperazione tra la comunità scientifica europea e quella statunitense è già stata colta da tempo: le collaborazioni scientifiche che lavorano agli interferometri gravitazionali LIGO e Virgo, inizialmente indipendenti, nel 2007 hanno infatti sottoscritto un accordo che prevede la condivisione di tutti gli aspetti della ricerca, formando una rete globale di grandi infrastrutture e allo stesso tempo di competenze scientifiche (recentemente anche il nuovo rivelatore giapponese KAGRA si è unito alla rete di interferometri). L’obiettivo futuro è andare però ancora oltre. «Benché condividano i dati scientifici, le collaborazioni LIGO, Virgo e KAGRA sono a tutti gli effetti comunità separate, con una gestione e regole interne diverse”, ricorda Fritschel. “In questo momento stiamo cercando di costruire un’entità unitaria, chiamata International Gravitational-Wave Observatory Network (IGWN), che sovrintenda in modo più omogeneo alle operazioni dei rivelatori e all’analisi dei dati. Se quest’azione avrà successo, naturalmente anche ET e Cosmic Explorer faranno parte di questa rete, costituendone anzi l’asse portante in futuro».
(ms)
Immagine in evidenza: rendering artistico di Cosmic Explorer, prodotto dagli studenti Edward Anaya, Virginia Kitchen e Angela Nguyen della California State University, Fullerton.