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Il Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha pianificato la costruzione del più grande osservatorio di onde gravitazionali al mondo. Il gigantesco rivelatore sarà grande quanto una piccola città e sarà in grado di rilevare nuove e più piccole distorsioni spazio-tempo per approfondire gli eventi cosmici più potenti e antichi dell’universo dopo il Big Bang.
Gli osservatori di onde gravitazionali identificano eventi cosmici come la fusione di buchi neri o stelle di neutroni. Questi eventi agiscono come una grande roccia gettata in uno stagno, producendo abbastanza energia da deformare il tessuto stesso della realtà temporale.
Il nuovo osservatorio del MIT si chiama Cosmic Explorer e avrà due bracci a forma di “L” lunghi quaranta chilometri ciascuno. All’interno di questi tunnel, il rivelatore misurerà il tempo impiegato da due raggi laser per viaggiare dalla stessa posizione e identificherà eventuali differenze nei loro tempi di arrivo, che potrebbero essere segnale del passaggio di un’onda gravitazionale.
La National Science Foundation degli Stati Uniti sarà responsabile della costruzione del Cosmic Explorer. Sarà finanziato con 9 milioni di dollari nei prossimi tre anni.
Dieci volte più grande del LIGO. Il Cosmic Explorer sarà dieci volte più grande dell’Osservatorio di Onde Gravitazionali (LIGO) in Louisiana, che è già operativo presso il MIT e il Caltech. Questo osservatorio ha fatto storia nel 2015 confermando l’esistenza delle onde gravitazionali, come predetto dalla teoria della relatività di Einstein.
“Il Cosmic Explorer è come un LIGO gigante. I rivelatori LIGO hanno quattro chilometri di lunghezza per ogni braccio e il Cosmic Explorer avrà 40 chilometri per lato (…) Il segnale che otteniamo da un’onda gravitazionale è essenzialmente proporzionale alla dimensione del nostro rivelatore, ecco perché sono così grandi”, spiega Matthew Evans, direttore del progetto e professore di fisica presso il MIT, in un’intervista per l’istituto stesso.
La prima onda gravitazionale osservata si chiamava GW150914 e gli scienziati credono che sia stata causata dalla fusione di due buchi neri. Nel 2017, i ricercatori Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per il loro lavoro al LIGO.
L’osservatorio in Louisiana ha due rivelatori gemelli situati in diverse località degli Stati Uniti, un insieme simile di rivelatori, Virgo, che opera in Italia, e KAGRA, in Giappone. Insieme, questa rete di osservatori rileva segnali provenienti da onde gravitazionali ogni pochi giorni. Ora, gli scienziati sperano che il Cosmic Explorer aumenti questa frequenza a un segnale ogni pochi minuti.
Al momento, con la sensibilità del LIGO, possiamo vedere fonti di circa 1,5 miliardi di anni fa. “Sembra lontano, ma rispetto alle dimensioni dell’universo, che ha tra 13.000 e 14.000 milioni di anni, è abbastanza vicino”, spiega Salvatore Vitale, co-ricercatore del progetto e professore del MIT. “Ci stiamo perdendo importanti fasi della storia dell’universo. Sarebbe fantastico poter accedere alle fonti che si sono formate in quel periodo”.
Il Cosmic Explorer potrà anche vedere le fonti in modo molto più chiaro. Attualmente, il LIGO può rilevare un evento con un rapporto segnale/rumore di 30, cioè abbastanza forte ma difficile da caratterizzare. Lo stesso segnale, proveniente dal Cosmic Explorer, avrebbe un rapporto segnale/rumore di 3000, secondo Vitale. Molte delle misurazioni miglioreranno, assicura:
“Crediamo che il Cosmic Explorer potrebbe rilevare centinaia di migliaia di buchi neri binari e fino a un milione di fusioni di stelle di neutroni all’anno”.
Gli scienziati ritengono probabile che entro la metà degli anni ’30 e a seconda del finanziamento, costruiranno un nuovo Cosmic Explorer per sostituire il LIGO. Il Cosmic Explorer farà parte di un lavoro congiunto con altri rivelatori di nuova generazione in sviluppo, come la missione spaziale LISA dell’Agenzia Spaziale Europea – il cui lancio è previsto per la metà degli anni ’30 – e il Telescopio Einstein in Europa. “Tutti questi gruppi sono colleghi, più che concorrenti, con i quali prevediamo di lavorare. In questo campo, si arriva più lontano lavorando insieme”, afferma Evans.
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