di Carlo Longo
Dalla fusione dei buchi neri alle stelle di neutroni: un nuovo sistema di intelligenza artificiale sviluppato da GSSI, Caltech e Google DeepMind migliora la sensibilità degli interferometri come Virgo e Ligo fino a 100 volte
Le onde gravitazionali, previste da Albert Einstein nel 1915 e rilevate per la prima volta nel 2015, sono vibrazioni impercettibili che deformano lo spazio-tempo quando eventi cosmici estremi scuotono l’universo. La loro scoperta è stata premiata con il Nobel nel 2017, ma la loro osservazione resta una sfida: gli effetti che producono sulla Terra sono minuscoli, fino a diecimila volte più piccoli del diametro di un protone.
Per captarle servono strumenti di altissima precisione: gli interferometri, enormi antenne come Virgo in Italia e Ligo negli Stati Uniti.
Come funziona Virgo
L’interferometro Virgo, situato a Cascina (Pisa), è costituito da due bracci perpendicolari lunghi 3 chilometri. Un raggio laser rimbalza tra specchi sospesi e registra anche il più piccolo movimento causato da un’onda gravitazionale. In teoria il sistema è già sensibilissimo, ma nella pratica subisce interferenze continue: vibrazioni sismiche, il passaggio di treni o persino il moto delle onde del mare, anche a centinaia di chilometri di distanza.
L’intelligenza artificiale entra in gioco
Per ridurre il “rumore” che limita queste osservazioni, il Gran Sasso Science Institute, il Caltech e Google DeepMind hanno sviluppato un software di machine learning in grado di compensare i movimenti indesiderati. Dopo quattro anni di addestramento, il sistema ha dimostrato sui test dell’interferometro americano Ligo un miglioramento della stabilità tra 30 e 100 volte.
«Finora abbiamo registrato circa 300 fusioni di buchi neri, in media una ogni tre giorni», spiega Gianluca Gemme, dirigente dell’Infn e coordinatore del progetto Virgo. «Con specchi più stabili sarà come indossare un paio di occhiali che ci permettono di vedere l’universo con maggiore chiarezza».
Verso il futuro: l’Einstein Telescope in Sardegna
La nuova tecnologia potrebbe avere un impatto decisivo anche in Europa. L’Italia ha candidato il sito di Sos Enattos, in Sardegna, per ospitare l’Einstein Telescope, il futuro super-interferometro che succederà a Virgo, Ligo e Kagra. Il progetto è sostenuto dall’Infn, dal governo italiano (con 950 milioni di euro già stanziati) e dalla Regione Sardegna (350 milioni). La decisione finale, attesa l’anno prossimo, vedrà in corsa anche Olanda e Germania.
Nuove prospettive di ricerca
Grazie alla maggiore sensibilità garantita dall’intelligenza artificiale, gli scienziati sperano di aumentare il numero di rilevamenti, in particolare quelli legati alla fusione di stelle di neutroni, eventi rari e preziosi per capire l’origine dei metalli pesanti come oro e platino. Le stime parlano di centinaia di nuovi segnali in più ogni anno, con la possibilità di attivare in tempo reale telescopi in tutto il mondo per osservare l’origine delle onde gravitazionali.
Le onde gravitazionali, previste da Albert Einstein nel 1915 e rilevate per la prima volta nel 2015, sono vibrazioni impercettibili che deformano lo spazio-tempo quando eventi cosmici estremi scuotono l’universo. La loro scoperta è stata premiata con il Nobel nel 2017, ma la loro osservazione resta una sfida: gli effetti che producono sulla Terra sono minuscoli, fino a diecimila volte più piccoli del diametro di un protone.
Per captarle servono strumenti di altissima precisione: gli interferometri, enormi antenne come Virgo in Italia e Ligo negli Stati Uniti.
Come funziona Virgo
L’interferometro Virgo, situato a Cascina (Pisa), è costituito da due bracci perpendicolari lunghi 3 chilometri. Un raggio laser rimbalza tra specchi sospesi e registra anche il più piccolo movimento causato da un’onda gravitazionale. In teoria il sistema è già sensibilissimo, ma nella pratica subisce interferenze continue: vibrazioni sismiche, il passaggio di treni o persino il moto delle onde del mare, anche a centinaia di chilometri di distanza.
L’intelligenza artificiale entra in gioco
Per ridurre il “rumore” che limita queste osservazioni, il Gran Sasso Science Institute, il Caltech e Google DeepMind hanno sviluppato un software di machine learning in grado di compensare i movimenti indesiderati. Dopo quattro anni di addestramento, il sistema ha dimostrato sui test dell’interferometro americano Ligo un miglioramento della stabilità tra 30 e 100 volte.
«Finora abbiamo registrato circa 300 fusioni di buchi neri, in media una ogni tre giorni», spiega Gianluca Gemme, dirigente dell’Infn e coordinatore del progetto Virgo. «Con specchi più stabili sarà come indossare un paio di occhiali che ci permettono di vedere l’universo con maggiore chiarezza».
Verso il futuro: l’Einstein Telescope in Sardegna
La nuova tecnologia potrebbe avere un impatto decisivo anche in Europa. L’Italia ha candidato il sito di Sos Enattos, in Sardegna, per ospitare l’Einstein Telescope, il futuro super-interferometro che succederà a Virgo, Ligo e Kagra. Il progetto è sostenuto dall’Infn, dal governo italiano (con 950 milioni di euro già stanziati) e dalla Regione Sardegna (350 milioni). La decisione finale, attesa l’anno prossimo, vedrà in corsa anche Olanda e Germania.
Nuove prospettive di ricerca
Grazie alla maggiore sensibilità garantita dall’intelligenza artificiale, gli scienziati sperano di aumentare il numero di rilevamenti, in particolare quelli legati alla fusione di stelle di neutroni, eventi rari e preziosi per capire l’origine dei metalli pesanti come oro e platino. Le stime parlano di centinaia di nuovi segnali in più ogni anno, con la possibilità di attivare in tempo reale telescopi in tutto il mondo per osservare l’origine delle onde gravitazionali.
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