I rivelatori di onde gravitazionali stanno per fare un salto di qualità; un team guidato dal fisico Jonathan Richardson dell’Università della California, Riverside, ha sviluppato FROSTI, un nuovo sistema ottico che promette di migliorare sensibilmente le prestazioni di LIGO, il più famoso osservatorio al mondo dedicato allo studio delle increspature dello spaziotempo. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Optica.
Cos’è LIGO e perché serve più precisione
LIGO è composto da due interferometri laser lunghi 4 km, situati negli Stati Uniti, e ha all’attivo la prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali nel 2015: un risultato che ha aperto un nuovo capitolo dell’astrofisica.
Per osservare queste minuscole deformazioni dello spaziotempo, spesso più piccole di un millesimo del diametro di un protone, il sistema utilizza specchi estremamente sofisticati che devono rimanere praticamente immobili.
Il problema? I laser di potenza elevata riscaldano gli specchi e ne deformano leggermente la superficie, compromettendo la qualità delle misurazioni. Ed è qui che entra in gioco FROSTI.
FROSTI: un “termostato ottico” di altissima precisione
Il nuovo dispositivo, il cui nome completo è FROnt Surface Type Irradiator, è un sistema di ottica adattiva pensato per correggere in tempo reale le distorsioni prodotte dal calore dei laser.
Nonostante il nome “freddo”, FROSTI lavora proprio riscaldando in modo controllato la superficie dello specchio, proiettando pattern di calore estremamente precisi che riportano l’ottica nella sua forma ideale. Rispetto ai sistemi attuali, permette correzioni molto più fini, indispensabili per i futuri rivelatori.
Richardson spiega così l’obiettivo: “Abbiamo progettato un dispositivo capace di modellare gli specchi di LIGO anche sotto potenze laser superiori al megawatt. È un passo fondamentale verso la prossima generazione di rivelatori come Cosmic Explorer.“
Per dare un’idea: un megawatt è oltre un miliardo di volte la potenza di un puntatore laser comune.
Perché è così importante: vedere più lontano, con maggiore chiarezza
Aumentare la potenza dei laser permette di “illuminare” meglio l’interferometro, ampliando la quantità di universo che possiamo osservare; tuttavia, senza un sistema come FROSTI, la potenza aggiuntiva distruggerebbe gli stati quantistici utili a migliorare il segnale.
Il nuovo approccio dovrebbe estendere il volume di universo osservabile di un fattore 10. Questo significa:
- più fusioni di buchi neri rilevate
- più eventi rari osservabili
- misurazioni più precise della storia cosmica
E potenzialmente milioni di segnali catturati nei prossimi decenni.
Verso LIGO A# e Cosmic Explorer
FROSTI è destinato a diventare una parte fondamentale dell’aggiornamento LIGO A#, una versione potenziata dell’osservatorio che fungerà da banco di prova per Cosmic Explorer, il futuro rivelatore di dimensioni e sensibilità molto superiori.
Il prototipo attuale è stato testato su uno specchio da 40 kg, ma la stessa tecnologia verrà scalata per lavorare sui giganteschi specchi da 440 kg previsti per Cosmic Explorer.
Richardson guarda già avanti: “Questo è solo l’inizio. Stiamo progettando versioni ancora più avanzate per affrontare distorsioni ottiche sempre più complesse. È la base di ricerca e sviluppo per i prossimi vent’anni di astronomia gravitazionale.“
La ricerca è stata realizzata in collaborazione con UCR, MIT e Caltech e finanziata dalla National Science Foundation.
