I dati di Virgo per studiare i cambiamenti climatici e il mare

Sep 11, 2020

L’Università di Pisa, l’European Gravitational Observatory (EGO) e la collaborazione scientifica Virgo hanno siglato un accordo per la condivisione dei dati sull’andamento del moto ondoso nel Mar Tirreno. Accedendo ai dati sull’attività sismica registrati dall’interferometro Virgo negli ultimi 15 anni, i biologi dell’Università potranno studiare gli effetti dei cambiamenti climatici sull’erosione delle coste e gli ecosistemi marini e contribuire alla previsione della crescita del livello del mare nei prossimi anni.

Coi suoi due bracci di 3 chilometri adagiati nella campagna pisana, vicino Cascina, l’interferometro Virgo non è solo uno dei tre più grandi e sensibili rivelatori di onde gravitazionali al mondo. Proprio per rivelare le oscillazioni dello spazio-tempo, generate a  milioni o addirittura miliardi di anni luce dalla Terra,  i fisici di Virgo hanno bisogno infatti di riconoscere  (e se possibile schermare il rivelatore da) tutti i ‘rumori’ di origine umana o ambientale, che potrebbero coprire i flebili segnali gravitazionali: vibrazioni sismiche e moti delle maree, suoni e perturbazioni di origine umana, come aerei, attività agricole o industriali, fino ai minimi movimenti periodici della crosta terrestre o ai ‘battiti’ delle pale eoliche. 

Si tratta di una sfida scientifica e tecnologica incredibile, che consente oggi al rivelatore di misurare variazioni di lunghezza dei suoi bracci più piccole del diametro di un protone: un miliardesimo di milionesimo di metro.

“Allo stesso tempo questa estenuante caccia alle perturbazioni esterne, rende l’interferometro e il corollario di  sensori di cui si serve, un grande e sensibilissimo  orecchio in ascolto del contesto ambientale in cui è immerso – dice Stavros Katsanevas, direttore dell’European Gravitational Observatory di Pisa –   E, potenzialmente, trasforma Virgo ed EGO in uno straordinario laboratorio per studiare i fenomeni dell’ambiente: ad esempio l’attività sismica o l’andamento delle maree e i moti ondosi nei pressi della costa toscana.”

 Un’opportunità che non si è lasciata sfuggire il Dipartimento di Biologia dell’Università di Pisa, impegnato da sempre nello studio dell’ecosistema marino in prossimità delle coste toscane.

“In effetti sia le attività umane che i cambiamenti climatici – dice Lisandro Benedetti-Cecchi, professore di Ecologia e prorettore alla Ricerca Europea e Internazionale dell’Università di Pisa – sono fra i principali fattori che influenzano la biodiversità marina costiera. Riuscire però a misurare e identificare con precisione l’impatto dei diversi fattori in gioco, richiede l’analisi di set di dati molto ampi e diversificati, prodotti da osservazioni su lunghi periodi delle interazioni tra fenomeni ambientali ed organismi marini.”

Ciò che EGO e Virgo possono fornire ai biologi dell’Università di Pisa è una misura diretta dell’impatto delle onde sulla linea di costa, che si riverbera nei sensori sismici dell’interferometro.  Inoltre la grande risoluzione temporale dei dati resi disponibili dai fisici, permetterà ad un team che vede la collaborazione tra biologi e geologi dell’Ateneo pisano di costruire modelli più precisi dell’erosione delle coste e prevedere quanto il cambiamento climatico possa intensificare in futuro temporali, eventi metereologici estremi o correnti marine più calde e l’impatto di esse sulla biodiversità marina costiera.

“Il confronto con i dati, che raccogliamo da oltre 20 anni, sulle popolazioni di alghe e invertebrati lungo il litorale livornese – sostiene Lisandro Benedetti-Cecchi  – potrebbe aiutarci a stabilire un collegamento, non ancora ben studiato, tra i cambiamenti climatici globali e le variazioni della biodiversità marina lungo le coste. E a definire anche quanto e se effettivamente la presenza di micro- e macro-organismi marini contribuisca a mitigare l’impatto dell’erosione costiera.”

Inoltre comparando la serie storica di dati biologici e quelli raccolti negli ultimi 15 anni da Virgo sarà possibile determinare con più precisione le variazioni del livello del mare in passato e quindi contribuire alle proiezioni sulla crescita di questo livello nei prossimi anni.

“Negli ultimi decenni abbiamo raccolto e archiviato un set di dati ambientali (sismici, meteorologici, di inquinamento elettromagnetico…) pressoché unico per vastità e continuità temporale – dice Giovanni Losurdo, spokesperson della collaborazione scientifica internazionale che opera Virgo  – Sono convinto che la condivisione di questi dati e la collaborazione interdisciplinare, produrrà nei prossimi anni sviluppi interessanti e importanti innovazioni in molti campi inaspettati.”

“In questa direzione il nostro primo e più naturale interlocutore è l’Università di Pisa – conclude Stavros Katsanevas, direttore di EGO –  ed è per questo che siamo particolarmente felici della firma di questo accordo. Con l’auspicio che sia un ulteriore tassello alla connessione sempre più stretta e proficua tra tutte le eccellenze scientifiche  e tecnologiche della  Toscana.”

Approfondimento: l’interferometro Virgo

Virgo è un interferometro laser con due bracci di 3 chilometri, costruito per rivelare le onde gravitazionali: oscillazioni dello spazio-tempo previste da Einstein più di un secolo fa. Queste onde sono generate da violenti eventi cosmici, come la fusione di buchi neri e di stelle o le esplosioni di supernovae.  Le onde gravitazionali hanno una natura completamente diversa dagli altri segnali cosmici (luce visibile, raggi X, raggi Ƴ, neutrini…) e ci svelano aspetti del tutto nuovi dei fenomeni cosmici. Per rivelare le impercettibili deformazioni dello spazio-tempo prodotte dal passaggio delle onde gravitazionali, Virgo misura la distanza relativa tra due masse di test sospese all’estremità dei suoi bracci con una precisione inferiore a un millesimo del diametro di un protone (un milionesimo di miliardesimo di metro, m).   Questo gigantesco interferometro rivela, infatti, l’interferenza di due fasci laser, che si propagano lungo i due bracci perpendicolari di 3 chilometri in tubi a ultra-alto vuoto. Virgo è attualmente uno dei tre più grandi e sensibili rivelatori di onde gravitazionali al mondo, insieme ai due interferometri statunitensi LIGO, coi i quali opera congiuntamente dal 2017.

Virgo è operato da una collaborazione scientifica internazionale che coinvolge 109 istituti di 13 paesi ed è installato ad EGO, l’European Gravitational Observatory, l’infrastruttura di ricerca fondata nel 2000 dall’italiano Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dal francese Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Dal 2007 anche l’ente di ricerca olandese NIKHEF partecipa come osservatore al consorzio EGO.

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