Para una cobertura más amplia de detectores como Virgo, véase Búsqueda interferométrica terrestre de ondas gravitacionales (en inglés)
El interferómetro Virgo es un instrumento científico a gran escala cerca de Pisa, Italia, para detectar ondas gravitacionales. El detector es un interferómetro de Michelson, que puede detectar las minúsculas variaciones de longitud en sus dos brazos de inducidas por el paso de ondas gravitacionales. La precisión requerida se consigue utilizando numerosos sistemas para aislarlo del mundo exterior, entre ellos mantener sus espejos e instrumentación en un vacío ultra-alto y suspenderlos mediante complejos sistemas de péndulos.
Entre sus observaciones periódicas, el detector se actualiza para aumentar su sensibilidad. Los periodos de observación se llevan a cabo en colaboración con otros detectores similares, como los dos Observatorios de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO, por sus siglas en inglés) de Estados Unidos y el Detector Japonés de Ondas Gravitacionales Kamioka (KAGRA), ya que la cooperación entre varios detectores es crucial para detectar las ondas gravitacionales y determinar con precisión su localización.
Virgo fue concebido y construido cuando las ondas gravitacionales eran solo una predicción de la relatividad general. El proyecto, que toma su nombre del cúmulo de galaxias Virgo, fue aprobado en 1992 y su construcción finalizó en 2003. Después de varios años sin detección, Virgo se apagó en 2011 para las actualizaciones de "Virgo avanzado". En 2015, la primera observación de ondas gravitacionales fue realizada por los dos detectores LIGO, mientras Virgo seguía siendo actualizado. Virgo reanudó las observaciones a principios de agosto de 2017, realizando su primera detección el 14 de agosto (junto con los detectores LIGO); a esto le siguió rápidamente la detección de la onda gravitacional GW170817, la única también observada con métodos clásicos (luz visible, rayos gamma, rayos X y radio telescopios) hasta 2024.
El Observatorio Gravitacional Europeo (EGO) alberga al experimento Virgo. EGO es un consorcio fundado por el Centro Nacional de Investigación Científica francés (CNRS, por sus siglas en francés) y el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) italiano. La Colaboración Virgo al completo, que reúne a 940 miembros en 20 países, opera el detector y define la estrategia y la política para su uso y actualizaciones. Las colaboraciones LIGO y Virgo comparten sus datos desde 2007, y con KAGRA desde 2019, formando la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).thumb|
Organización El interferómetro Virgo está gestionado por el consorcio Observatorio Gravitacional Europeo (EGO), creado en diciembre de 2000 por el Centro Nacional de Investigación Científica francés (CNRS, por sus siglas en francés) y el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN).{cite web |date=11 de diciembre de 2000 |title=Comunicado de Prensa - Le CNRS Signe l'Accord Franco-Italien de Création du Consortium EGO European Gravitational Observatory |trans-title=Comunicado de Prensa - El CNRS firma el acuerdo franco-italiano sobre la creación del consorcio EGO (Observatorio Gravitacional Europeo). |url=http://www.cnrs.fr/cw/fr/pres/compress/Ego.htm |archive-url=https://web.archive.org/web/20160305011822/http://www.cnrs.fr/cw/fr/pres/compress/Ego.htm |archive-date=5 de marzo de 2016 |access-date= |website=cnrs.fr |language=fr}} Nikhef, el Instituto Holandés de Física Nuclear y de Altas Energías, se unió más tarde como observador y acabó convirtiéndose en miembro de pleno derecho. Instituciones de Polonia, España y Bélgica se unieron a EGO como observadores en 2023, con la Fundación para la Investigación – Flandes (FWO) belga y el Fondo Nacional de Investigación Científica (FNRS) uniéndose cono miembros de pleno derecho en 2025. EGO es responsable del emplazamiento de Virgo y garantiza la puesta en servicio, el mantenimiento, el funcionamiento y las actualizaciones del detector. Por metonimia, a veces se hace referencia al propio emplazamiento como EGO, ya que el consorcio tiene allí su sede. Uno de los objetivos de EGO es promover la investigación sobre gravedad en Europa. Entre 2018 y 2024, el presupuesto de EGO fluctúa entre los 9 y los 11,5 millones de euros anuales, dando empleo a unas 60 personas.
La Colaboración Virgo está formada por todas las investigadoras e investigadores que trabajan en diversos aspectos del detector. Unos 940 miembros, que representan a 165 instituciones de 20 países, formaban parte de la Colaboración a fecha de diciembre 2024. Se trata de instituciones de Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, España, Bélgica, Alemania, Hungría, Portugal, Grecia, Chequia, Dinamarca, Irlanda, Mónaco, Suiza, Brasil, Burkina Faso, China, Israel, Japón y Corea del Sur.
La Colaboración Virgo forma parte de la mayor Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), que reúne a científicas y científicos de los otros grandes experimentos de ondas gravitacionales para analizar conjuntamente los datos; esto es crucial para la detección de ondas gravitacionales. LVK comenzó en 2007 como la Colaboración LIGO-Virgo, y se amplió cuando KAGRA se unió en 2019.
Caso científico alt=Imagen en color|miniaturadeimagen|Simulación por ordenador de las ondas gravitacionales emitidas por el decaimiento orbital y la fusión de dos agujeros negros alt=Representación visual de una señal que aumenta en frecuencia|miniaturadeimagen|Típico "chirrido" de una señal de ondas gravitacionales del evento GW170817. El eje x representa el tiempo, y el eje y la frecuencia. El aumento de la frecuencia en el tiempo es típico de las ondas gravitacionales de objetos compactos binarios, y su forma está determinada principalmente por la masa de los objetos. Artículo principal: Búsqueda interferométrica terrestre de ondas gravitacionales § Caso científico (en inglés)
Virgo está diseñado para buscar ondas gravitacionales emitidas por fuentes astrofísicas de todo el universo, que pueden clasificarse en tres tipos:
Fuentes transitorias, que son objetos detectables sólo durante un breve periodo. Las principales fuentes de esta categoría son las coalescencias binarias compactas (CBC) de sistemas de agujeros negros binarios (o estrellas de neutrones) que se fusionan, emitiendo una señal de rápido crecimiento que sólo es detectable en los últimos segundos antes de la fusión. Otras posibles fuentes de ondas gravitacionales de corta duración son las supernovas, las inestabilidades en objetos astrofísicos compactos, o fuentes exóticas como las cuerdas cósmicas. Fuentes continuas, que emiten una señal observable a largo plazo. Los principales candidatos son las estrellas de neutrones de rotación rápida (púlsares), que pueden emitir ondas gravitacionales si no son perfectamente esféricas (por ejemplo, si hay pequeñas "montañas" en la superficie). Fondo estocástico, un tipo de señal generalmente continua que abarca grandes regiones del cielo en lugar de proceder de una única fuente. Podría consistir en un gran número de fuentes indistinguibles de las categorías anteriores, u originarse en los primeros momentos del universo.
La detección de ondas gravitacionales a partir de estas fuentes es una nueva forma de observarlas (a menudo con información diferente a la de métodos clásicos como los telescopios) y de explorar propiedades fundamentales de la gravedad como la polarización de las ondas gravitacionales, posible lente gravitatoria, o determinar si las señales observadas son descritas correctamente por la relatividad general. También proporciona una forma de medir la constante de Hubble.
Historia El proyecto Virgo fue aprobado en 1992 por el CNRS francés y al año siguiente por el INFN italiano. La construcción del detector comenzó en 1996 en Santo Stefano a Macerata, en Cascina, cerca de Pisa, Italia, y se completó en 2003. Tras varios periodos de observación en los que no se detectaron ondas gravitacionales, el interferómetro se apagó en 2011 para ser modernizado como parte del proyecto Virgo Avanzado. Volvió a comenzar sus observaciones en 2017, y realizó sus dos primeras detecciones poco después, junto con los detectores LIGO.
Concepción Aunque el concepto de onda gravitatoria fue presentado por Albert Einstein en 1916, los proyectos serios para detectarlas no comenzaron hasta finales de la década de 1960.Los primeros fueron las barras Weber, inventadas por Joseph Weber; aunque podían detectar ondas gravitacionales en teoría, ninguno de los experimentos tuvo éxito. Sin embargo, desencadenaron la creación de grupos de investigación dedicados a las ondas gravitacionales.
La idea de un gran detector interferométrico empezó a ganar credibilidad a principios de los años 80, y el proyecto Virgo fue conceptualizado por el investigador italiano Adalberto Giazotto y el francés Alain Brillet en 1985, tras conocerse en Roma. Una idea clave que diferenció a Virgo de otros proyectos fue la focalización en frecuencias bajas (alrededor de 10 Hz); la mayoría de los proyectos se centraban en frecuencias más altas (alrededor de 500 Hz). Muchos creían entonces que las observaciones de baja frecuencia no eran posibles; sólo Francia e Italia comenzaron a trabajar en el proyecto, que se propuso por primera vez en 1987. El nombre Virgo se acuñó poco después, en referencia al Cúmulo de galaxias de Virgo; simboliza el objetivo del proyecto de detectar ondas gravitacionales originadas más allá de nuestra galaxia. Tras su aprobación por el CNRS y el INFN, la construcción del interferómetro comenzó en 1996 con el objetivo de iniciar las observaciones en el año 2000.
El primer objetivo de Virgo fue observar directamente las ondas gravitacionales, cuya existencia ya había sido evidenciada indirectamente por el estudio durante tres décadas del púlsar binario 1913+16: la disminución observada del periodo orbital de este púlsar binario concordaba con la hipótesis de que el sistema perdía energía emitiendo ondas gravitacionales.
Detector inicial de Virgo
El detector Virgo se construyó, puso en marcha y operó por primera vez durante la década de 2000, y alcanzó la sensibilidad esperada. Esto validó sus decisiones de diseño y demostró que los interferómetros gigantes eran dispositivos prometedores para detectar ondas gravitacionales en una amplia banda de frecuencias.Esta fase se denomina a veces "Virgo inicial" o "Virgo original".
La construcción del detector inicial de Virgo finalizó en junio de 2003, y se sucedieron varios periodos de recogida de datos ("science runs") entre 2007 y 2011, tras 4 años de puesta en marcha.Algunas de estas tomas de datos se realizaron con los dos detectores LIGO (situados en Hanford, Washington y en Livingston, Luisiana). En 2010 hubo un parón de unos meses para actualizar el sistema de suspensión de Virgo, y los cables de suspensión de acero originales se sustituyeron por fibra de vidrios para reducir el ruido térmico. Incluso después de varios meses de recogida de datos con el sistema de suspensión actualizado, no se observaron ondas gravitacionales, y el detector se apagó en septiembre de 2011 para la instalación de Virgo Avanzado.
Detector avanzado Virgo thumb|upright=1.4|alt=Seis gráficos y tres gráficos|Primera detección directa de una onda gravitacional por Virgo el 14 de agosto de 2017 (GW170814) El detector Virgo avanzado pretendía aumentar la sensibilidad (y la distancia desde la que se puede detectar una señal) en un factor de 10, lo que le permitiría sondear un volumen del universo 1000 veces mayor y haría más probable la detección de ondas gravitacionales. Se benefició de la experiencia adquirida con el detector inicial y de los avances tecnológicos.