FROSTI: la nuova frontiera dell’ottica adattiva per l’osservazione delle onde gravitazionali

Il sistema FROSTI rappresenta una svolta per l’astronomia delle onde gravitazionali: correggendo con precisione distorsioni ottiche causate da laser ad altissima potenza.

Questa tecnologia consente ai rivelatori come LIGO e Cosmic Explorer di aumentare drasticamente la sensibilità e di osservare l’universo più in profondità che mai.

Un salto tecnologico per guardare più lontano nell’universo

Il 4 dicembre 2025, un team guidato dal fisico Jonathan Richardson dell’Università della California – Riverside ha annunciato un importante progresso tecnologico per l’astrofisica moderna. Il sistema denominato FROSTI (FROnt Surface Type Irradiator) è stato progettato per migliorare sensibilità e stabilità nei rivelatori di onde gravitazionali, correggendo in modo attivo e preciso le distorsioni ottiche causate dalla potenza estrema dei laser impiegati negli interferometri come LIGO.

Grazie a questa innovazione, i futuri osservatori gravitazionali, tra cui il progetto Cosmic Explorer, potranno rilevare eventi cosmici molto più lontani e deboli, ampliando di un ordine di grandezza la porzione di universo accessibile attraverso questa nuova finestra osservativa.

LIGO e l’importanza delle onde gravitazionali

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) è stato il primo strumento al mondo a rilevare direttamente le onde gravitazionali, nel 2015, confermando le previsioni della relatività generale di Einstein. Utilizzando due interferometri laser da 4 km situati negli Stati Uniti, LIGO misura minime variazioni nella lunghezza degli specchi, dell’ordine di frazioni del diametro di un protone, causate dal passaggio delle onde gravitazionali.

Queste onde si generano da eventi astrofisici estremi, come:

• Fusione di buchi neri
• Collisioni tra stelle di neutroni
• Possibili segnali del Big Bang primordiale

Per rilevare tali segnali debolissimi, è essenziale che ogni componente dell’apparato ottico sia mantenuto in condizioni di perfezione quasi assoluta. Ed è proprio qui che FROSTI entra in gioco.

Cos’è FROSTI e perché è rivoluzionario

FROSTI è un sistema di ottica adattiva termica che permette di correggere con estrema precisione le deformazioni causate dall’irraggiamento laser sugli specchi principali di LIGO. A differenza dei sistemi tradizionali, che possono effettuare solo correzioni grossolane, FROSTI utilizza una tecnologia a irradiazione termica progettata su misura per applicare schemi di calore controllati e localizzati sulla superficie anteriore dello specchio.

Come funziona FROSTI

• Il sistema proietta un modello termico personalizzato direttamente sullo specchio
• Il calore genera piccole dilatazioni controllate che annullano le distorsioni ottiche causate dal laser ad alta potenza
• Il tutto avviene senza introdurre rumore addizionale nel segnale, cosa fondamentale per non falsare le rilevazioni gravitazionali

Richardson spiega che FROSTI consente di operare in condizioni di potenza laser superiori a 1 megawatt, senza compromettere l’integrità ottica. Per confronto, si tratta di una potenza miliardi di volte superiore a un comune puntatore laser.

Perché migliorare l’ottica è essenziale per l’astrofisica gravitazionale

Con l’aumento della potenza dei laser utilizzati nei rivelatori, gli specchi tendono a deformarsi per effetto termico, un fenomeno noto come aberrazione ottica da potenza. Questo degrada la qualità del fascio e introduce rumore nel segnale, limitando drasticamente la distanza da cui è possibile captare eventi cosmici.

FROSTI risolve questo problema, permettendo ai rivelatori di:

• Operare a potenze più elevate
• Mantenere la coerenza e la purezza del segnale anche in condizioni estreme
• Estendere la portata dell’osservazione fino a dieci volte rispetto agli attuali limiti

Questo significa che si potranno rilevare milioni di fusioni di buchi neri e stelle di neutroni nel corso della storia cosmica, con un dettaglio senza precedenti.

Un’anticipazione del futuro: LIGO A# e Cosmic Explorer

LIGO A# è un aggiornamento previsto di LIGO, che fungerà da piattaforma di test per tecnologie destinate al successivo e più ambizioso Cosmic Explorer, il prossimo osservatorio gravitazionale di terza generazione.

Il prototipo FROSTI è già stato testato con successo su uno specchio da 40 kg, ma i principi ingegneristici sono stati progettati per essere scalabili e adattabili anche a specchi da 440 kg come quelli previsti per Cosmic Explorer.

Cosmic Explorer: cosa cambierà

• Specchi più grandi e sensibili
• Bracci interferometrici lunghi fino a 40 km
• Possibilità di esplorare l’universo primordiale
• Nuovi test sulla natura della gravità quantistica

Richardson conferma: “Stiamo già progettando versioni di FROSTI in grado di correggere distorsioni ancora più complesse. Questo è solo l’inizio della prossima generazione dell’astrofisica delle onde gravitazionali.”

Ricadute tecnologiche e interdisciplinari

Il potenziale di FROSTI va oltre la sola astronomia gravitazionale. La capacità di modellare superfici ottiche in modo preciso, adattivo e silenzioso potrebbe essere applicata in numerosi altri settori:

• Telescopi spaziali a lunga portata e alta risoluzione
• Sistemi laser industriali ad alta potenza
• Metrologia quantistica e strumenti di misura ultraprecisi
• Comunicazioni ottiche per sistemi deep-space

L’impiego di riscaldamento localizzato, senza contatto e privo di vibrazioni, rappresenta un nuovo paradigma nell’ottica adattiva termica.

Un nuovo occhio sull’universo

L’implementazione di FROSTI segna un passaggio chiave per la prossima generazione di osservatori gravitazionali. Con la sua capacità di mantenere la qualità ottica anche in condizioni di irraggiamento estremo, apre la strada a un futuro in cui sarà possibile:

• Rilevare eventi cosmici più antichi e lontani
• Testare i limiti della fisica fondamentale
• Capire meglio la natura dei buchi neri, delle stelle di neutroni e dell’universo stesso

Grazie a FROSTI, l’astrofisica delle onde gravitazionali è pronta a compiere il suo prossimo grande balzo, portandoci sempre più vicino alla comprensione dell’universo nascosto tra le pieghe dello spaziotempo.