El interferómetro Virgo es un instrumento científico de gran escala ubicado cerca de Pisa, Italia, diseñado para detectar ondas gravitacionales, tal como predice la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Este detector es un interferómetro de Michelson con dos brazos perpendiculares de 3 kilómetros de longitud cada uno, que puede medir variaciones minúsculas en la longitud de estos brazos causadas por el paso de ondas gravitacionales. Para lograr la precisión necesaria, Virgo emplea sistemas avanzados que aíslan el instrumento de perturbaciones externas, incluyendo la suspensión de sus espejos e instrumentación en sistemas de péndulo y su operación en condiciones de ultra alto vacío.
Historia y desarrollo
El proyecto Virgo fue aprobado en 1993 por el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia y en 1994 por el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia, las dos instituciones fundadoras del experimento. La construcción del detector comenzó en 1996 en la localidad de Santo Stefano a Macerata, en Cascina, cerca de Pisa. En diciembre de 2000, el CNRS y el INFN establecieron el Observatorio Gravitacional Europeo (EGO), responsable de las instalaciones de Virgo, su mantenimiento, operación y futuras actualizaciones. Además de Francia e Italia, países como los Países Bajos, Polonia, Hungría y España se han unido a la colaboración Virgo, ampliando su alcance científico y técnico.
Durante la primera década del siglo XXI, Virgo operó como un detector de primera generación, llevando a cabo múltiples periodos de observación científica entre 2007 y 2011. Aunque no se detectaron ondas gravitacionales durante este tiempo, la experiencia adquirida fue invaluable para mejorar la sensibilidad del instrumento. En 2011, Virgo fue desmantelado para dar paso a Virgo Avanzado, una versión mejorada del detector con una sensibilidad diez veces mayor, permitiendo observar un volumen del universo mil veces más grande y aumentando la probabilidad de detección de ondas gravitacionales. Advanced Virgo comenzó su fase de puesta en marcha en 2016 y se unió a los detectores avanzados LIGO en Estados Unidos para un primer periodo de observación conjunta en 2017.
Principio de detección
Virgo opera como un interferómetro de Michelson, donde un láser se divide en dos haces que recorren los brazos perpendiculares del interferómetro, se reflejan en espejos situados al final de cada brazo y luego se recombinan para generar un patrón de interferencia. El paso de una onda gravitacional provoca cambios extremadamente pequeños en la longitud de los brazos, alterando el patrón de interferencia registrado por detectores de luz. Para minimizar las perturbaciones externas, los espejos están suspendidos mediante sistemas de péndulo en condiciones de ultra alto vacío, reduciendo el ruido sísmico y térmico que podría afectar las mediciones.
Componentes principales del instrumento
- Láser e Inyección: El láser de Virgo es la fuente de luz del experimento y debe ser potente y extremadamente estable en frecuencia y amplitud. La luz del láser pasa por amplificadores que aumentan su potencia, alcanzando una salida de 50 W en la configuración final del Virgo inicial y hasta 200 W en Advanced Virgo. El sistema de inyección asegura la estabilidad del haz, ajustando su forma y posición antes de entrar en el interferómetro.
- Espejos: Los espejos principales de Virgo son cilindros de 35 cm de diámetro y 20 cm de espesor, fabricados con vidrio de alta pureza y pulidos a nivel atómico para minimizar la dispersión de la luz. Estos espejos forman cavidades ópticas resonantes en cada brazo, aumentando la potencia de la luz almacenada y, por ende, la sensibilidad del detector.
- Superatenuadores: Para mitigar el ruido sísmico, los espejos están suspendidos por fibras de sílice conectadas a una serie de atenuadores en una estructura llamada «superatenuador», de aproximadamente 10 metros de altura y operando en vacío. Este sistema limita las perturbaciones en los espejos y permite un control preciso de su posición y orientación.
- Sistema de Detección: La luz que regresa del interferómetro se dirige a un sistema de detección que incluye un «limpiador de modos» para filtrar modos de luz no deseados antes de llegar a los fotodiodos que miden la intensidad luminosa. En la configuración de Advanced Virgo, se ha implementado la técnica de «vacío comprimido» para reducir el ruido cuántico, mejorando la sensibilidad del detector en un rango más amplio de frecuencias.
Resultados científicos
Virgo forma parte de una colaboración científica internacional que incluye a los detectores LIGO en Estados Unidos y KAGRA en Japón. Esta cooperación es esencial para la detección simultánea de ondas gravitacionales en múltiples instrumentos, lo que permite confirmar señales y determinar con mayor precisión su origen en el cosmos. En agosto de 2017, Virgo y LIGO realizaron la primera detección conjunta de una onda gravitacional, denominada GW170814, proveniente de la fusión de dos agujeros negros. Pocos días después, se detectó GW170817, la primera observación de la fusión de dos estrellas de neutrones, que fue confirmada por observaciones electromagnéticas, marcando un hito en la astronomía multimensajero.
Desde entonces, Virgo ha participado en múltiples campañas de observación, contribuyendo significativamente al campo emergente de la astronomía de ondas gravitacionales y proporcionando información valiosa sobre eventos cósmicos extremos y la naturaleza de la gravedad.
