Un problema che ha afflitto per anni uno degli osservatori scientifici più sofisticati al mondo è stato risolto con un componente semplice ed economico: una fotocamera termica disponibile in commercio. Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che ascolta le increspature nello spazio-tempo generate da collisioni cosmiche come la fusione di buchi neri, soffriva di distorsioni termiche nei suoi specchi quasi perfetti. Ora un team guidato da Jonathan Richardson dell’Università della California, Riverside, ha sviluppato un metodo che corregge queste distorsioni utilizzando telecamere a infrarossi facilmente reperibili sul mercato.
Il problema delle distorsioni termiche negli specchi di LIGO
LIGO utilizza due strutture a forma di L negli Stati Uniti, nello stato di Washington e in Louisiana. All’interno di ciascun rivelatore, un raggio laser percorre due tunnel lunghi 4 chilometri, rimbalzando su specchi di altissima purezza. Quando un’onda gravitazionale attraversa la Terra, allunga impercettibilmente un tunnel e comprime l’altro, modificando il percorso del laser e rivelando l’evento cosmico. Tuttavia, gli specchi assorbono una piccolissima frazione dell’intenso raggio laser, trasformandola in calore. Questo calore deforma la superficie dello specchio di pochi nanometri, sufficienti a degradare la sensibilità dell’intero osservatorio.
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La soluzione innovativa con telecamere a infrarossi
I fisici sapevano già che applicando calore mirato sul retro degli specchi si potevano contrastare le distorsioni. Ma misurare con precisione le deformazioni era la sfida. Richardson e il suo team hanno abbinato immagini termiche a infrarossi a modelli computerizzati esistenti, creando una mappa delle distorsioni sulla superficie dello specchio. "Potete immaginarlo come scattare una foto a infrarossi del motore di un'auto", ha spiegato Richardson in una nota. "Un ingegnere può osservare il pattern di temperatura all'esterno e dedurre cosa sta accadendo all'interno. Noi facciamo la stessa cosa con gli specchi di LIGO". Questo approccio non richiede nuove tecnologie, come sottolineato dallo stesso ricercatore: "Non richiede lo sviluppo di alcuna nuova tecnologia, il che è quasi inaudito per risolvere un problema di strumentazione di LIGO".
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Un'estensione di 33 milioni di anni luce e le implicazioni future
Una volta incorporata nell’aggiornamento previsto di LIGO, la tecnica dovrebbe estendere la portata dell’osservatorio di circa 33 milioni di anni luce. Anche se questa cifra può sembrare piccola rispetto alla vastità dell’universo, in realtà apre una finestra esponenzialmente più ampia per la scoperta di onde gravitazionali. Poter guardare più lontano permetterà agli astronomi di “ascoltare” un numero molto maggiore di increspature cosmiche, aumentando le possibilità di individuare collisioni violente che oggi sono al di là della portata di LIGO. La tecnica è stata descritta in un articolo pubblicato il 16 luglio sulla rivista Classical and Quantum Gravity. Questo progresso ha anche un impatto diretto sul futuro dell'astronomia gravitazionale. La tecnica verrà integrata nel progetto Cosmic Explorer, un osservatorio di prossima generazione previsto per la metà degli anni 2030, con bracci di 40 chilometri, dieci volte più lunghi di quelli di LIGO. Secondo Richardson, "l'obiettivo per la prossima generazione di rivelatori di onde gravitazionali è raggiungere circa dieci volte la sensibilità degli strumenti attuali. Uno degli ostacoli chiave è ridurre il rumore quantistico fondamentale che limita la precisione delle misurazioni". Per approfondire le implicazioni di queste scoperte, si può leggere l'articolo correlato su NASA annuncia telescopio per esopianeti, OpenAI crea hacker autonomo. Un riferimento esterno autorevole è la pagina di Wikipedia su LIGO.
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