Una guida completa per orientarsi tra le tante e ambiziose sfide scientifiche di Einstein Telescope (ET), con un approfondimento sui principali strumenti di analisi dei dati: è il “Blue Book”, una pubblicazione di oltre 500 pagine tutta dedicata alla scienza di ET. Firmato da un team di circa 500 ricercatrici e ricercatori della collaborazione scientifica, dallo scorso 15 marzo è disponibile sulla piattaforma online arXiv.org (dove è consultabile gratuitamente), mentre è stato proposto per la pubblicazione alla rivista specializzata “Journal of Cosmology and Astroparticle Physics” (JCAP).
L’idea del Blue Book è nata nel contesto delle attività dell’Observational Science Board (OSB), il gruppo di lavoro della collaborazione ET dedicato allo studio della scienza del futuro osservatorio per la ricerca di onde gravitazionali. «Una volta costituito l’OSB, era importante fissare subito un obiettivo preciso, che permettesse di sviluppare la scienza di ET e al contempo tenere unita la comunità scientifica, in particolare quella dei teorici», sottolinea Michele Maggiore, docente di fisica teorica all’Università di Ginevra, uno dei tre coordinatori del board (insieme a Marica Branchesi e Archisman Ghosh) e primo ideatore del Blue Book. «Ho quindi proposto di realizzare un grande libro onnicomprensivo sulla scienza di ET, tale da diventare una vera e propria guida di riferimento per la nostra collaborazione, ma utile anche per l’intera comunità scientifica delle onde gravitazionali».
Il lungo lavoro di scrittura, durato circa quattro anni, ha coinvolto 312 autori principali. Tra i firmatari del Blue Book ci sono poi anche altri 176 ricercatrici e ricercatori che, pur non avendo partecipato direttamente alla scrittura, hanno contribuito allo sviluppo del progetto ET in questi anni. «Si è deciso di includere anche questo secondo blocco di autori, per riconoscerne il prezioso lavoro svolto per ET», spiega Maggiore.
Il testo, che include anche una ricchissima bibliografia, si sviluppa in 10 capitoli, ciascuno dedicato a un tema chiave della scienza di ET. Si parte dalla fisica fondamentale, con esempi di come il futuro esperimento potrà sondare la teoria della relatività generale di Einstein in regimi ancora inesplorati, il comportamento dei buchi neri e possibili candidati di materia oscura, proseguendo nel secondo capitolo con gli obiettivi ambiziosi di ET nell’ambito della cosmologia, come ricorda ancora Maggiore: «ET potrà indagare sia l’universo primordiale, in particolare la produzione del cosiddetto fondo stocastico di onde gravitazionali appena successivo al Big Bang, sia la cosmologia dell’universo più recente, grazie allo studio delle coalescenze di sistemi binari».
Il terzo capitolo è dedicato agli studi di popolazione: la capacità di ET di osservare un gran numero di eventi astrofisici, in particolare fusioni tra coppie di buchi neri e stelle di neutroni, permetterà di ricavare informazioni generali sulle popolazioni di questi oggetti astrofisici lungo l’intera storia cosmica.
Il quarto e quinto capitolo sono invece concentrati su due aspetti cruciali: l’astronomia multimessaggera e le sinergie con altri esperimenti di ricerca di onde gravitazionali. «Con ET le osservazioni multimessaggere, relative a eventi che emettono sia radiazione gravitazionale sia elettromagnetica, diventeranno routinarie, dell’ordine di centinaia all’anno. Nel Blue Book, oltre a fare il punto sugli osservatori elettromagnetici che saranno disponibili in futuro, proviamo a capire che cosa potremo imparare dallo studio di queste osservazioni multiple», spiega ancora il ricercatore italiano. «Al tempo stesso, sarà molto importante “fare squadra” con gli altri osservatori gravitazionali di prossima generazione: su tutti, Cosmic Explorer, l’altro futuro esperimento terrestre che sarà costruito negli Stati Uniti, ma anche l’osservatorio spaziale LISA e il Pulsar Timing Array (PTA)».
Oggetto del sesto capitolo è la fisica nucleare, in particolare lo studio della materia in condizioni estreme grazie all’osservazione di stelle di neutroni, mentre il settimo approfondisce i casi di studio relativi ad altri tipi di sorgenti astrofisiche, come le supernove e le stelle di neutroni rotanti.
A differenza dei precedenti, tutti dedicati alla scienza e allo studio delle sorgenti con ET, gli ultimi tre capitoli del Blue Book sono invece più focalizzati su vari aspetti legati all’analisi dei dati che saranno rilevati dal futuro osservatorio: in particolare, lo sviluppo di tecniche innovative per estrarre più facilmente i segnali di onde gravitazionali dal rumore, fino anche all’uso di strumenti di intelligenza artificiale e machine learning.
Non mancano, all’interno del testo, riferimenti ai risultati attesi in base alle due possibili configurazioni di ET attualmente al vaglio della comunità scientifica (un unico strumento di forma triangolare o due osservatori a “elle” in due siti separati), sulla scia di un precedente lavoro pubblicato nel 2023 dallo stesso OSB, focalizzato proprio su questo aspetto.
«Il nostro auspicio è che il Blue Book diventi nei prossimi anni un punto di riferimento fondamentale per la collaborazione, aprendo la strada alla piena comprensione delle tante scoperte straordinarie che Einstein Telescope sarà in grado di realizzare», conclude Maggiore.
(ms)