Rilevatori avanzati di onde gravitazionali
Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato onde gravitazionali due volte l’anno scorso, il che suggerisce che tali rilevazioni potrebbero presto diventare routine. Ciò ha richiesto più di un decennio in quanto era difficile raggiungere la sensibilità richiesta per rilevare queste increspature nello spazio-tempo, la cui esistenza Albert Einstein predisse cento anni fa. Nel frattempo, l’Agenzia spaziale europea (ESA) ha iniziato a lavorare sull’Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), un osservatorio di onde gravitazionali che sarà lanciato negli anni trenta del secolo scorso. Il veicolo spaziale LISA Pathfinder, una missione proof-of-concept, è stato posto in orbita nel dicembre 2015 per dimostrare che la missione eLISA è possibile. Tornato a terra il veicolo spaziale, i ricercatori hanno messo insieme un impianto per testare tecnologie e materiali che saranno necessari agli osservatori spaziali di onde gravitazionali. Sviluppata come parte del progetto GRLOW (Gravitational wave detectors low-frequency technology test bed), la configurazione è composta da un serbatoio a vuoto controllato termicamente che consente di sopprimere le oscillazioni ambientali. L’impianto proposto è in grado non solo di schermare le fluttuazioni ambientali nel regime di bassa frequenza, ma anche di generare perturbazioni controllate. All’interno del serbatoio un interferometro con sensibilità picometrica permette la caratterizzazione di materiali: polimeri rinforzati da fibra di carbonio e carburo di silicio, in una larghezza di banda di misura rilevante per le applicazioni spaziali. L’implementazione dell’interferometro si basa sulla modulazione di fase profonda, permettendo il continuo monitoraggio in tempo reale della massa in caduta libera, come richiesto per la rilevazione delle onde gravitazionali. Il team GRLOW ha costruito da zero i modulatori necessari per la creazione di una nota di battimento misurabile da un fasometro basato su field-programmable gate array (FPGA). I ricercatori hanno inoltre sviluppato il sistema di lettura dell’interferometro. Il nuovo approccio del progetto GRLOW ha comportato l’adozione di un sistema di implementazione-on-chip per il fasometro. Ciò consentirebbe una metrologia ad alta precisione senza la necessità di ricompilare il software ogni volta che un parametro di input viene modificato. Gli studiosi hanno soprattutto dimostrato con un esperimento a tavolino che è possibile ottenere una sensibilità di 10 nm per radice quadrata di Hertz. Infine sono state sviluppate tecniche di analisi dei dati per caratterizzare il rumore dovuto alla distorsione termo-elastica a frequenze molto basse del veicolo spaziale LISA Pathfinder. Le nuove tecniche sono applicabili anche alla configurazione GRLOW che contribuirà dare inizio all’era dell’astronomia delle onde gravitazionali, fornendo nuove informazioni sul cosmo.
Parole chiave
Onde gravitazionali, LIGO, eLISA, LISA Pathfinder, GRLOW, serbatoio a vuoto, interferometro
