Rappresentazione artistica dell'interno del telescopio Einstein. Credit: Marco Kraan/Nikhef.
La competizione tra Italia e Paesi Bassi per ospitare il prossimo rivelatore di onde gravitazionali di nuova generazione potrebbe concludersi con un pareggio se prenderà piede una proposta alternativa per costruire due rivelatori invece di uno.
La proposta originale per l’Einstein Telescope, che dovrebbe diventare operativo entro il 2035, prevede un rivelatore triangolare con lati di 10 chilometri, situato a quasi 300 metri di profondità per ridurre le fonti di rumore. Intorno a ogni vertice ci sarebbe una coppia di interferometri a forma di V, ottimizzati per rilevare rispettivamente le onde gravitazionali a bassa e ad alta frequenza. Si prevede che sia 10 volte più sensibile degli attuali rivelatori gravitazionali, LIGO negli Stati Uniti, Virgo in Italia e KAGRA in Giappone. L'Italia e i Paesi Bassi stanno preparando le loro candidature per ospitare il telescopio. Il sito italiano si trova in Sardegna, presso la miniera dismessa di Sos Enattos, vicino al paese di Lula, mentre quello olandese è al confine con il Belgio e la Germania, vicino alla città di Maastricht.
Ma ora la collaborazione internazionale che gestisce il progetto ha iniziato a considerare una configurazione alternativa, costituita da due interferometri a forma di L con bracci di 15 chilometri, uno a Sos Enattos e l'altro a Maastricht, a circa 1.000 chilometri di distanza l’uno dall’altro.
"Le due configurazioni saranno prese in considerazione e confrontate durante il progetto dedicato alla fase preparatoria dell'ET, che produrrà la relazione tecnica di progettazione del telescopio", afferma Eugenio Coccia, direttore dell'Institut de Física d'Altes Energies di Barcellona e presidente del consiglio della collaborazione ET. Secondo Coccia, avere due rivelatori a forma di L ridurrebbe il rischio operativo. "Se uno ha problemi e richiede manutenzione, l'altro sarebbe comunque in grado di funzionare". Ma il confronto terrà conto anche della qualità scientifica, della fattibilità e dei costi, e Coccia osserva che due rivelatori potrebbero porre sfide politiche e gestionali. "Diversi Stati membri e le loro agenzie di finanziamento dovrebbero concordare e finanziare due strutture in Paesi diversi", osserva.
Per quanto riguarda la scienza, un recente studio1 guidato da Marica Branchesi, astronoma del Gran Sasso Science Institute e co-presidente del comitato scientifico osservativo della collaborazione ET, ha concluso che due rivelatori a forma di L porterebbero a risultati migliori. "Per quasi tutti i casi scientifici che abbiamo considerato, due rivelatori a forma di L sarebbero in grado di osservare da due a tre volte il numero di eventi che vedrebbe il triangolo", spiega Branchesi. Aggiunge che questa configurazione consentirebbe anche di localizzare meglio la sorgente di ogni onda gravitazionale nel cielo, il che è fondamentale per puntare i telescopi ottici nella giusta direzione e osservare la luce emessa dalle stelle di neutroni durante la fusione.
Chris van den Broeck, fisico dell'Università di Utrecht e coautore dello studio che ha messo a confronto i due design, afferma che il triangolo potrebbe però offrire vantaggi nell’analisi del rumore. I rivelatori attuali vedono quasi un segnale alla settimana, il che significa che osservano lunghi tratti di dati contenenti solo rumore. Sebbene questo sia un limite, permette di caratterizzare il rumore e di distinguere meglio un'onda gravitazionale. A causa della sensibilità di ET, non ci sarà alcun tratto di dati senza segnale, e quindi il rumore sarà più difficile da studiare. Ma a differenza delle due L, la geometria a triangolo offre un modo per aggirare il problema. "Sommando le misure delle tre coppie di rivelatori nel triangolo, si ottiene solo rumore e lo si può studiare", spiega van den Broeck.
Infine, ci sono i costi e la fattibilità. La costruzione di ET costerebbe circa 2 miliardi di euro, di cui circa la metà per i tunnel, e sarebbe finanziata dal governo del Paese in cui si trova il sito, mentre l'altra metà sarebbe destinata agli interferometri stessi.
"I costi delle infrastrutture sarebbero più o meno uguali nelle due configurazioni", afferma Fernando Ferroni, fisico del Gran Sasso Science Institute e co-direttore dell'organizzazione ET, l'organismo che negozierà con i delegati governativi degli Stati membri della collaborazione. Ferroni, che fa anche parte del comitato che sostiene la candidatura italiana, si dice sicuro che il governo italiano e la Regione Sardegna, che hanno stanziato circa 1 miliardo di euro, non ritirerebbero il loro sostegno se l'Italia finisse per ospitare solo uno dei due rivelatori.
Andreas Freise, fisico sperimentale presso la Vrije Universiteit di Amsterdam e co-direttore dell'organizzazione ET insieme a Ferroni, spiega di non essere in grado di prevedere se il governo olandese continuerebbe a finanziare la costruzione se ET finisse per avere due siti, poiché non fa parte del team che sta preparando la candidatura.
"Al momento abbiamo appena iniziato la caratterizzazione dei due siti", spiega. "Il costo della costruzione dell'infrastruttura dipende dalla qualità del sito, sia nel sottosuolo, perché alcuni tipi di roccia sono più facili da scavare, sia in superficie, perché è necessario costruire strade e forse anche un porto per il trasporto dei macchinari". Per questi motivi, Freise ritiene che la decisione si baserà più sulla fattibilità e sui costi che sulla scienza.
