La voce dell'universo più chiara con l'aiuto dell'IA

Collisioni di buchi neri , fusioni di stelle di neutroni ed esplosioni cosmiche che generano elementi pesanti come l'oro: fenomeni come questi, rivelati dalle onde gravitazionali , diventano più chiari grazie al modello di intelligenza artificiale Deep Loop Shaping , descritto sulla rivista Science quando mancano pochi giorni ai dieci anni dalla scoperta delle onde gravitazionali, resa nota al pubblico nel febbraio 2016 . Il risultato è nato dalla collaborazione fra l'azienda Google DeepMind di Londra, il Gran Sasso Science Institute (Gssi) a L'Aquila e il California Institute of Technology (Caltech) a Pasadena.

"Il nostro metodo aiuterà gli astronomi a raccogliere dati essenziali per comprendere la dinamica e la formazione dell'universo e a testare meglio le teorie fondamentali della fisica e della cosmologia", osservano Jonas Buchli e Brendan Tracey, di Google DeepMind. Per l'Italia hanno collaborato Jan Harms e Tomislav Andric, rispettivamente professore ordinario e ricercatore post-doc al Gssi.

Sperimentato a Livingstone (Louisiana) sulle antenne del rilevatore americano Ligo , uno dei tre attivi nel mondo con l'europeo Virgo e il giapponese Kagra, il modello ha dimostrato di ridurre il rumore di fondo da 30 a 100 volte e di poter migliorare altrettanto il controllo nel sistema di un osservatorio gravitazionale. Ogni anno diventerebbe possibile così rilevare centinaia di eventi di onde gravitazionali in più e con una precisione maggiore .

Quando le onde gravitazionali attraversano i bracci degli interferometri come Ligo, Virgo o Kagra, deformano lo spazio , modificando in modo impercettibile la distanza tra gli specchi che si trovano alle due estremità del rivelatore. Per cogliere variazioni così piccole è indispensabile che gli specchi siano tenuti immobili da un sistema di controllo . Quando quest'ultimo è eccessivo , però, finisce per ottenere l' effetto opposto , amplificando il rumore. Il modello di intelligenza artificiale interviene in questa fase , rendendo il segnale molto più pulito . "In futuro - scrivono gli autori della ricerca, il Deep Loop Shaping potrebbe essere applicato anche a molti altri problemi ingegneristici che riguardano la soppressione delle vibrazioni, la cancellazione del rumore e sistemi altamente dinamici o instabili, importanti nell'ingegneria aerospaziale, robotica e strutturale".

Per un altro autore dell'articolo, il fisico Rana Adhikari del Caltech, "studiare l'universo usando la gravità invece della luce è come ascoltare invece di guardare. Questo lavoro ci permette di sintonizzarci sui bassi". Per Andric, del Gssi, "l'utilizzo di questo metodo con Virgo e, in futuro, con Einstein Telescope, ci permetterà di raggiungere la loro piena potenzialità e di scoprire segnali che altrimenti rimarrebbero nascosti . Questo passo amplia gli orizzonti di ciò che possiamo fare con i rivelatori di onde gravitazionali, rendendo più alla portata una sfida scientifica estremamente complessa. Riducendo il rumore, amplifichiamo il volume dell'Universo e lo ascoltiamo con maggiore chiarezza".