RICERCA ITALIANA     

Sensibilità a bassa frequenza in interferometri per onde gravitazionali sotterranei e criogenici

Università di Pisa

Abstract

Scopo di questo progetto di ricerca è studiare in maniera unificata le sorgenti di rumore a bassa frequenza (sotto 100 Hz) per un rivelatore di onde gravitazionali sotterraneo operante con masse di prova a qualche grado Kelvin. Ciò significa studiare i requisiti per un sito e i rumore newtoniano, sismico e di vibrazione dovuto alla criogenia. Studi sepcifici di rumore termico oppure nuovi schemi ottici sono ragionevolmente indipendenti dalle problematiche della bassa frequenza e non saranno affrontate in questo progetto di ricerca. Considerata la grandissima quantità di lavoro che è andata nel progetto e nella messa in funzione degli interferometri attuali è molto importante iniziare sin da ora questi studi: lo studio per un interferometro di terza generazione "Einstein Telescope" è in fase di negoziazione con la Commissione Europea per il 7 Programma Quadro.

Le linee principali di questo studio sono:
-stabilire i criteri scietifici da prendere in considerazione per una procedura di selezione di un sito
-studiare l'evoluzione dell'attuale sistema usato in Virgo per l'isolamento sismico per raggiungere un rumore base sismico e newtoniano in h inferiore a 10 ^-24 Hz ^-1/2 a 10 Hz
-studiare come sospendere uno specchio in maniera compatibile con l'operazione a temperatura criogenica

I requisiti per il sito si baseranno sull'esperienza acquisita con i rivelatori attuali >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Francesco Fidecaro Università degli Studi di PISA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Gli interferometri per la rivelazione diretta di onde gravitazionali sono in grado oggi di registrare eventuali segnali astrofisici alla loro sensibilità di progetto. Questo traguardo è stato raggiunt attraverso un incessante studio delle sorgenti di rumore presenti nello strumento, il quale si comporta come previsto.

Ora la comprensione dello strumento è tale che miglioramenti miranti a un guadagno di un fattore 10 in sensibilità sono stati intrapresi con confidenza. Secondo le conoscenze astrofisiche, tuttora assai incerte,
si prevede che questo aumento consenta un tasso di rivelazione di eventi che consenta i primi passi dell'astronomia a onde gravitazionali. Per esplorare l'Universo fino a distanze cosmologiche, per registrare sufficienti eventi per studiare la gravità forte in dettaglio, per accumulare un grande insieme di osservazioni da supernove, per esplorare stati della materia ad altissima densità nelle stelle di neutroni oppure incontrare un fondo stocastico di origine cosmologica, un ulteriore passo in sensibilità deve essere fatto. La banda di rivelazione deve essere allargata verso il basso, dove emettono sorgenti potenti e interessanti. Un altro fattore 10 nella distanza alla quale si possono rivelare sorgenti, cioè un fattore 10 ³ nel volume di universo osservabile ha il potenziale di cambiare completamente le conoscenze astrofisiche e cosmologiche odierne.

Gli obiettivi che un interferometro di >>>

Risultati parziali attesi

Risultati nel campo della rivelazione delle onde gravitazionali

Ci aspettiamo con questa ricerca di accumulare una comprensione molto più profonda della sensibilità a bassa frequenza di interferometri funzionanti a bassa temperatura. Le motivazioni sono state date in precedenza e possono essere riassunte nell'aumento della varietà e quantità di segnali di onde gravitazionali resgitrabili con tale rivelatore.

Più specificatamente ci aspettiamo che il superattenuatoredia l'attenuazione sismica richiesta da rivelatori criogenici sotterranei di terza generazione e che sarà in grado di controllare specchi fino a qualche Hz, risolvendo una delle questioni più delicate nei rivelatori di onde gravitazionali, ovvero la dinamica molto estesa.

Altrettanto importante sarà l'aumentata robustezza del controllo dello specchio, che può assicurare un tempo morto minore, anche quando aumenta il sisma, come nel caso di cattivo tempo. Questi due risultati sono di interesse immedait per rivelatori attuali e successivi. Per esempio, rispetto alla situazione attuale, i miglioramenti prospettai hanno la capacità di raddoppiare la distanza alla quale sono osservabili le sorgenti. Ciò assiucra quasi un ordine di grandezza nel tasso di conteggio e permetterebbe di coprire la banda 10-70 Hz, attualmente fuori portata.

Per raggiungere questi risultati verranno sviluppati nuovi sensori e attuatori, consentendo ulteriori >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Gli inteferometri per la rivelazione diretta di onde gravitazionali consentono attualmente di registrare con sensibilità di progetto su una larga banda di frequenze eventuali segnali astrofisici. Questo obiettivo è stato raggiunto con un incessante studio delle sorgenti di rumore presenti nell'esperimento. Attualmente la sensibilità è determinata da limiti fondamentali noti, eccetto in quella banda di frequenze dove il rumore da sorgenti note non è stato ancora completamente attenuato. Recentemente si è concluso un periodo di presa dati in cui gli interferometri Virgo e Ligo erano simultaneamente attivi. L'analisi di questi dati produrrò nuovi limiti sull'ampiezza di emissione di onde gravitazionali da varie sorgenti, consentendo anche una copertura del cielo migliore. In caso di segnale in coincidenza si avrebbe, oltre che una maggiore confidenza nell'effettiva rivelazione, la possibilità di estrarre i parametri più importanti della sorgente. Questi dati sono in corso di analisi da parte dei due esperimenti.

La comprensione dello strumento è tale che miglioramenti che prevedono un fattore 10 di aumento della sensibilità sono in progresso. Secondo le attuali, piuttosto incerte, conoscenze astrofisiche, questo potrà portare ad avere un tasso di conteggio di eventi ragionevole da consentire i primi passi della astronomia a onde gravitazionali. Per esplorare l'Universo fino a distanze cosmologiche, per registrare eventi a sufficienza da >>>