Per a una cobertura més àmplia de detectors com Virgo, vegeu la cerca interferomètrica de ones gravitacionals basada en terra.
L'interferòmetre Virgo és un instrument científic de gran escala situat a prop de Pisa, Itàlia, destinat a la detecció d'ones gravitacionals. El detector és un interferòmetre de Michelson capaç de detectar les minúscules variacions de longitud en els seus dos braços de 3 km (1,9 mi) causades pel pas d'ones gravitacionals. La precisió requerida s'aconsegueix mitjançant diversos sistemes d'aïllament respecte del món exterior, incloent-hi el manteniment dels seus miralls i instruments en ultrabuit i la seva suspensió mitjançant sistemes complexos de pèndols.
Entre els seus períodes d'observació, el detector es millora per augmentar-ne la sensibilitat. Les sessions d'observació es planifiquen en col·laboració amb altres detectors similars, com els dos Observatoris d'Ones Gravitacionals amb Interferòmetre Làser (LIGO, per les seues sigles en anglés) als Estats Units i el Detector d'Ones Gravitacionals de Kamioka (KAGRA, per les seues sigles en anglés) al Japó, ja que la cooperació entre diversos detectors és crucial per detectar ones gravitacionals i determinar-ne l'origen.
L'interferòmetre va ser concebut i construït quan les ones gravitacionals eren només una predicció de la teoria de la relativitat general. El projecte, anomenat així en honor al cúmul de galàxies Virgo, va ser aprovat per primera vegada el 1992 i la seva construcció es va completar el 2003. Després de diversos anys de millores sense deteccions, va ser aturat el 2011 per a les actualitzacions de "Virgo Avançat". El 2015, els dos detectors LIGO van fer la primera observació d'ones gravitacionals mentre Virgo encara estava en procés de millora. L'interferòmetre va reprendre les observacions a principis d'agost del 2017 i va realitzar la seva primera detecció el 14 d'agost (juntament amb els detectors LIGO); poc després, va seguir la detecció de l'ona gravitacional GW170817, l'única fins al 2024 també observada amb mètodes clàssics (telescopis òptics, de raigs gamma, de raigs X i de ràdio).
L’ (EGO) allotja l'experiment Virgo. EGO és un consorci fundat pel Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) de França i el (INFN) d’Itàlia. La col·laboració Virgo en la seua totalitat, que reuneix 940 membres de 20 països, opera el detector i defineix l'estratègia i la política per al seu ús i millora. Les col·laboracions LIGO i Virgo comparteixen dades des del 2007, i amb KAGRA des del 2019, formant la col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). miniatura|
Organització L'interferòmetre Virgo està gestionat pel consorci de l’Observatori Europeu Gravitatori (EGO), que va ser creat el desembre del 2000 pel Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Posteriorment, , l'Institut Nacional Holandès de Física Subatòmica, es va unir com a observador i finalment es va convertir en membre de ple dret al 2021. Institucions de Polònia, Espanya i Bèlgica s'uniren a EGO com a observadors al 2023, amb les institucions belgues FWO i FNRS unint-se com a membres de ple dret al 2025. L’EGO és responsable del lloc on es troba Virgo i s'encarrega de la posada en marxa, el manteniment, el funcionament i les millores del detector. Per metonímia, el lloc mateix de vegades es denomina EGO, ja que el consorci hi té la seva seu. Un dels objectius de l'EGO és promoure la recerca sobre la gravetat a Europa. Entre el 2018 i el 2024, el pressupost de l'EGO ha fluctuat entre 9 i 11,5 milions d'euros anuals, donant feina a unes 60 persones.
La Col·laboració Virgo està formada per totes les investigadores i investigadors que treballen en diversos aspectes del detector. Al desembre del 2024, comptava amb uns 940 membres, representant 165 institucions de 20 països. Aquestes institucions inclouen França, Itàlia, els Països Baixos, Polònia, Espanya, Bèlgica, Alemanya, Hongria, Portugal, Grècia, Txèquia, Dinamarca, Irlanda, Mònaco, Suïssa, Brasil, Burkina Faso, la Xina, Israel, el Japó i Corea del Sud.
La Col·laboració Virgo forma part de la més àmplia Col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), que reuneix científics d'altres grans experiments d'ones gravitatòries per analitzar conjuntament les dades, un pas crucial per a la detecció d'aquestes ones. LVK es va iniciar el 2007 com a Col·laboració LIGO-Virgo i es va expandir el 2019 amb la incorporació de KAGRA.
Cas científic miniatura|alt=Una imatge en color|Simulació d'ordinador de les ones gravitaciones emitides per la decadència orbital i fusió de dos forats negres miniatura|alt=Visual representation of a signal which increases in frequency| "Chirp" típic d'una ona gravitacional provenint de l'event GW170817. L'eix x representa el temps i l'eix y representa la freqüència. Un increment de la freqüència amb el temps és habitual per a les ones gravitacionals d'un sistena binari d'estrelles compactes i la seua forma ve determinada per les masses d'aquestes.
Virgo està dissenyat per buscar ones gravitacionals emeses per fonts astrofísiques a tot l'univers, que es poden classificar en tres tipus:
Fonts transitòries, que són objectes detectables només durant un període curt. Les principals fonts en aquesta categoria són les coalescències de sistemes binaris compactes (CBC), com la fusió de forats negres binaris o estrelles de neutrons, que emeten un senyal en ràpida expansió que només es fa detectable en els últims segons abans de la fusió. Altres possibles fonts d'ones gravitacionals de curta durada són les supernoves, les inestabilitats en objectes astrofísics compactes o fonts exòtiques com les . Fonts contínues, que emeten un senyal observable a llarg termini. Els principals candidats són les estrelles de neutrons de rotació ràpida (púlsars), que poden emetre ones gravitacionals si no són perfectament esfèriques (per exemple, si presenten petites "muntanyes" a la superfície). Fons estocàstics, un tipus de senyal generalment continu difós en àmplies regions del cel en lloc de provenir d'una única font. Podria estar format per un gran nombre de fonts indistinguibles de les categories anteriors o originar-se en els primers moments de l'univers.
La detecció d'ones gravitacionals provinents d'aquestes fonts és una nova manera d'observar-les (sovint amb informació diferent de la que proporcionen els mètodes clàssics com els telescopis) i d'investigar propietats fonamentals de la gravetat, com ara la polarització de les ones gravitacionals, el possible fenomen de lent gravitatòria, o la verificació de si els senyals observats es descriuen correctament mitjançant la relativitat general. També proporciona un mitjà per mesurar la constant de Hubble.
Història El projecte Virgo va ser aprovat el 1992 pel CNRS francès i l'any següent per l'INFN italià. La construcció del detector va començar el 1996 a Santo Stefano a Macerata, a Cascina, prop de Pisa, Itàlia, i es va completar el 2003. Després de diverses campanyes d'observació en què no es van detectar ones gravitacionals, l'interferòmetre es va tancar el 2011 per ser actualitzat com a part del projecte Advanced Virgo. Va reprendre les observacions el 2017 i va fer les seves dues primeres deteccions poc després, juntament amb els detectors LIGO.
Concepció Encara que el concepte d'ones gravitacionals va ser presentat per Albert Einstein el 1916, els projectes seriosos per detectar-les no van començar fins a finals dels anys 1960. Els primers van ser les barres de Weber, inventades per Joseph Weber; tot i que, en teoria, podien detectar ones gravitacionals, cap dels experiments va tenir èxit. No obstant això, van provocar la creació de grups de recerca dedicats a les ones gravitacionals.
La idea d'un gran detector interferomètric va començar a guanyar credibilitat a principis dels anys 1980, i el projecte Virgo va ser conceptualitzat pel investigador italià Adalberto Giazotto i el investigador francès Alain Brillet el 1985, després de conèixer-se a Roma. Una idea clau que diferenciava Virgo d'altres projectes era l'orientació cap a freqüències baixes (al voltant dels 10 Hz), mentre que la majoria de projectes es centraven en freqüències més altes (al voltant dels 500 Hz). En aquell moment, molts creien que les observacions a baixa freqüència no eren possibles; només França i Itàlia van iniciar el projecte, que es va proposar per primera vegada el 1987. El nom Virgo es va encunyar poc després en referència al cúmul de galàxies Verge; simbolitza l'objectiu del projecte de detectar ones gravitacionals procedents més enllà de la nostra galàxia. Després de l'aprovació del CNRS i l'INFN, la construcció de l'interferòmetre va començar el 1996 amb l'objectiu d'iniciar les observacions l'any 2000.
El primer objectiu de Virgo era observar directament les ones gravitacionals, la existència de les quals ja estava indirectament evidenciada per l'estudi de tres dècades del púlsar binari 1913+16: la disminució observada del període orbital d'aquest púlsar binari coincidia amb la hipòtesi que el sistema perdia energia en emetre ones gravitacionals.
Detector de Virgo inicial El detector Virgo es va construir, posar en funcionament i operar per primera vegada durant la dècada del 2000, i va assolir la sensibilitat esperada. Això va validar les seves opcions de disseny i va demostrar que els interferòmetres gegants eren dispositius prometedors per a la detecció d'ones gravitacionals en una àmplia banda de freqüències. Aquesta fase es coneix a vegades com el "Virgo inicial" o el "Virgo original".
La construcció del detector Virgo inicial es va completar el juny del 2003, i es van dur a terme diversos períodes de recollida de dades ("science runs") entre el 2007 i el 2011, després de quatre anys de posada a punt. Algunes d'aquestes sessions es van realitzar conjuntament amb els dos detectors LIGO (ubicats a Hanford, Washington, i a Livingston, Louisiana). L'any 2010, el detector es va aturar durant uns mesos per actualitzar el sistema de suspensió de Virgo, substituint els cables d'acer originals per fibres de vidre per reduir el soroll tèrmic. Malgrat diversos mesos de recollida de dades amb el sistema de suspensió millorat, no es van detectar ones gravitacionals, i el detector es va clausurar el setembre del 2011 per a la instal·lació de l'Advanced Virgo.
Detector de Virgo avançat miniatura|upright=1.4|alt=Six graphs and three graphics|Primera detecció d'una ona gravitacional per Virgo el 14 d'Agost del 2017 (GW170814) El detector Advanced Virgo tenia com a objectiu augmentar la sensibilitat (i la distància des de la qual es pot detectar un senyal) per un factor de 10, cosa que li permetia explorar un volum de l'univers 1.000 vegades més gran i feia més probable la detecció d'ones gravitacionals. Es va beneficiar de l'experiència adquirida amb el detector inicial i dels avanços tecnològics.
El detector Advanced Virgo va mantenir la mateixa infraestructura de buit que el Virgo inicial, però la resta de l'interferòmetre va ser actualitzada. Es van afegir quatre bombes criogèniques addicionals a cada extrem de cada braç per capturar les partícules residuals provinents de les torres dels miralls. Els nous miralls eren més grans, amb un diàmetre de 35 cm (14 polzades) i un pes de 40 kg (88 lliures), i es va millorar el seu rendiment òptic. Els elements òptics utilitzats per controlar l'interferòmetre es trobaven sota buit en muntatges suspesos. Es va instal·lar un sistema d'òptica adaptativa per corregir les aberracions dels miralls in situ. Segons el pla original, la potència del làser havia d'arribar als 200 W en la seva configuració final.