le onde gravitazionali

realizzazioni e progetti italiani

Gli studiosi italiani partecipano in posizione avanzata alle ricerche per la rivelazione delle onde gravitazionali. Bruno Bertotti dell’Università di Pavia sta studiando da diversi anni la rivelazione di onde di bassissima frequenza, inaccessibili sia ai rivelatori interferometrici che alle barre risonanti, utilizzando l’effetto Doppler che queste onde provocano sui segnali radio che le sonde spaziali scambiano con le stazioni di terra.

Ma l’attività nella quale l’Italia ha compiuto finora gli sforzi maggiori, col contributo dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), è quella che utilizza come rivelatori grandi cilindri di alluminio, secondo l’idea proposta inizialmente da Joseph Weber. Si tratta però di antenne notevolmente diverse da quelle impiegate in passato: per ridurre gli effetti dell’agitazione termica le nuove antenne vengono raffreddate con elio liquido e sono inoltre dotate di un migliore sistema elettronico di amplificazione dei segnali. Il gruppo delle università di Roma ha costruito nel 1990 a Ginevra l’antenna EXPLORER (figura 11), lunga tre metri ed avente una frequenza di risonanza di 900 hertz ed una sensibilità alle deformazioni inferiore ad h=10^-18. Un’altra antenna criogenica (cioè raffreddata a basse temperature), denominata ALTAIR, operante alla frequenza di 1800 hertz, è stata costruita presso l’Istituto di Astrofisica del CNR di Frascati.

Il passo successivo verso una sensibilità ancora maggiore, è stato già avviato con la costruzione di due nuovi rivelatori: NAUTILUS, operante da qualche anno presso il Laboratorio nazionale di Frascati (INFN), ed AURIGA, presso il Laboratorio nazionale di Legnano (INFN). Queste antenne funzionano ad una temperatura di pochi centesimi di kelvin (un primato assoluto per masse di questa entità), grazie ad uno speciale refrigeratore. La sensibilità che si vuole raggiungere con questi rivelatori è h=10^-21; in tal modo si dovrebbe riuscire a rivelare anche le supernovae che esplodono nell’ammasso della Vergine.

Un problema onnipresente per questi rivelatori resta la presenza di disturbi locali, che non consente di confermare inequivocabilmente la rivelazione di eventi gravitazionali, quando si disponga di un solo rivelatore. Per questo è necessario avere almeno due rivelatori in funzione: solo i segnali rivelati da entrambi esattamente allo stesso istante potranno essere presi in considerazione. Anche questa prospettiva è stata realizzata, poiché dal 1991 è in funzione in Louisiana un’antenna di dimensioni e prestazioni prossime a quelle di EXPLORER.

Adalberto Giazotto dell’Istituto nazionale di fisica nucleare di Pisa ha avviato da qualche tempo attività nel campo degli interferometri laser, cioè dei rivelatori basati sullo stesso principio usato nel progetto LIGO. Queste ricerche hanno già dato risultati molto significativi per quanto riguarda l’isolamento delle parti più sensibili del rivelatore rispetto al rumore ambientale. Il gruppo di Pisa ha avviato qualche anno fa una collaborazione con un gruppo di Parigi per realizzare un grande interferometro italo-francese (progetto VIRGO). Lo strumento sarà realizzato a Cascina (nei pressi di Pisa) e sarà dotato di bracci della lunghezza di tre kilometri e di una cavità di Fabry-Perot, al fine di amplificare la differenza di cammino ottico tra i due bracci. Le componenti ottiche di VIRGO saranno sospese a superattenuatori e la radiazione infrarossa prodotta verrà fatta viaggiare entro due tubi di acciaio al cui interno sarà mantenuto un vuoto estremamente spinto; in questo modo saranno evitate fluttuazioni della densità dell’aria, che potrebbero essere scambiate per un segnale di onde gravitazionali. La sensibilità e la larghezza di banda di VIRGO saranno tali da permettere di rivelare sia i segnali emessi da stelle di neutroni, sia un’esplosione di supernova nell’ammasso della Vergine. VIRGO farà parte, insieme al LIGO e ad altri rivelatori tedeschi e giapponesi, di una rete planetaria per la rivelazione contemporanea delle onde gravitazionali. Si potranno così ottenere informazioni sia sulla direzione da cui provengono i segnali, sia sulle caratteristiche fisiche delle sorgenti che li hanno emessi, e sancire così la nascita della branca dell’astronomia gravitazionale.