Le onde gravitazionali, piccole increspature dello spaziotempo previste da Einstein oltre un secolo fa ed osservate per la prima volta nel 2015, sono prodotte da fusioni di buchi neri o collisioni di stelle di neutroni, esplosioni di supernova ed altri cataclismi cosmici.
Lo studio delle onde gravitazionali oltre a migliorare la nostra conoscenza dei buchi neri, del fenomeno dell’espansione dell’universo e di alcune caratteristiche delle stelle di neutroni, ha aperto la stagione dell’astronomia multi messaggero.
Dal 2020 un nuovo, più sofisticato rilevatore di questi debolissimi segnali dello spaziotempo affianca nella ricerca le due stazioni gemello di LIGO negli Stati Uniti e VIRGO, in Italia, si tratta del Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) e sarà situato interamente sottoterra, esattamente 200 metri sotto il monte Ikenojama, nel Giappone centrale.
La posizione di KAGRA in Giappone ed il suo orientamento rispetto agli altri tre rilevatori di onde gravitazionali, VIRGO e LIGO, permetterà sia un controllo indipendente dei segnali che un miglioramento delle osservazioni degli altri due interferometri.
La rete costituita da questi quattro rilevatori raggiungerà nuovi e più alti livelli di sensibilità e precisione e potranno registrare eventi di onde gravitazionali ancora più deboli. Il metodo di rilevazione delle onde gravitazionali di KAGRA è identico a quello degli altri rilevatori: l’interferometria laser.
Un fascio laser viene riflesso tra due specchi sospesi nel vuoto in due camera a vuoto lunghe diversi chilometri ed orientate perpendicolarmente in modo da formare una L. Quando passa un’onda gravitazionale questa impercettibilmente altera la lunghezza delle due camere e quindi il totale della distanza percorsa dai fasci laser.
Il problema principale che hanno di fronte tutti i rilevatori di queste debolissime increspature dello spazio tempo è come sopprimere gli innumerevoli rumori di fondo: dai movimenti sismici del terreno, alle deboli vibrazioni prodotte dal passaggio di automobili ed aerei, fino ai movimenti furtivi di animali di passaggio nelle vicinanze e persino le vibrazioni stesse degli atomi degli specchi.
Sepolto in profondità nella montagna giapponese, in una delle zone meno sismiche del paese, KAGRA sfrutterà questa protezione naturale rispetto alla cacofonia di rumori di fondo che rendono spesso indistinguibili i segnali del passaggio di onde gravitazionali. Sarà anche il primo rilevatore ad avvalersi di specchi raffreddati per via criogena riducendo così drasticamente le vibrazioni termiche. Gli specchi di LIGO e VIRGO funzionano a temperatura ambiente, quelli di KAGRA saranno mantenuti a 20 gradi sopra lo zero assoluto.
Se la sua collocazione nelle profondità terrestre e gli specchi raffreddati criogenicamente aumenteranno la sensibilità del rilevatore giapponese, esso dovrà fare i conti, in negativo, con il rumore vibrazionale dei refrigeratori meccanici e l’infiltrazione di acqua piovana e del disgelo che penetra nel sottosuolo del monte Ikenojama, situazione che rende necessaria proteggere le delicate apparecchiature con fogli di plastica.
Soltanto dopo i primi mesi di utilizzo potremo sapere se il saldo tra innovazioni tecnologiche e posizionamento sarà superiore rispetto ai pericoli insiti nell’infiltrazione dell’acqua con i conseguenti problemi di protezione della strumentazione ed eliminazione dei rumori impropri.
