Motivazioni

Il rumore Newtoniano è una delle limitazioni fondamentali della sensibilità dei rivelatori terrestri di onde gravitazionali nella regione di bassa frequenza [1,2,3]. In previsione dei rivelatori di terza generazione, che ne saranno affetti in modo significativo, sono stati proposti essenzialmente due tipi di approcci volti alla sua riduzione:

  • costruire l'interferometro nel sottosuolo, in regioni a basso rumore sismico [3]
  • utilizzare misure effettuate con sensori addizionali (ad esempio sismometri) per implementare una procedura di sottrazione [3]

La stima del rumore Newtoniano, e dell'efficienza delle procedure di sottrazione, si basa su modelli molto semplici che possono essere trattati analiticamente. E importante procedere ad una modellizzazione più realistica, necessariamente di tipo numerico, che permetta di studiare possibili effetti legati alla anisotropia e/o disomogeneità del suolo, ed alla distribuzione delle sorgenti.

Attività del lavoro di tesi

Dopo una fase preparatoria necessaria a acquistare confidenza con il problema e con la sua modellizzazione analitica in casi semplici, si passerà alla realizzazione di una modellizzazione numerica.

Questa sarà basata sul codice ad elementi finiti SPECFEM3D. Si tratta di un software libero che può essere utilizzato su un cluster di calcolo parallelo e si presta quindi a simulare modelli di grandi dimensioni, basato sul metodo spettrale [5,6].

Il codice è utilizzato comunemene per simulazioni geofisiche, ma non nasce direttamente per trattare effetti legati al campo gravitazionale. Sarà dunque necessario comprendere come realizzare corrette condizioni al contorno, e come estrarre dalle simulazioni le informazioni rilevanti per la stima del rumore e dell'efficienza di sottrazione.

Il primo obiettivo è confrontare i risultati con modelli analitici nei casi semplici, per passare quindi alla simulazione
di scenari geologici più complessi. In prospettiva l'idea è quella di inserire nel modello informazioni dettagliate su
scenari geologici realistici. Per quel che riguarda il lavoro di tesi questo obiettivo non è fondamentale: maggiore importanza sarà data allo studio e alla comprensione di casi non abbastanza semplici da essere trattati analiticamente ma non così complicati da impedire una comprensione intuitiva dei risultati ottenuti.

Contatti:

Giancarlo Cella (giancarlo.cella@pi.infn.it 050-2214-4444)

Riferimenti

[1] Hughes, Scott A. and Thorne, Kip S., “Seismic gravity-gradient noise in interferometric gravitational-wave
detectors”, Phys. Rev. D, 58, 122002 (Nov 1998). DOI: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.58.122002.

[2] Beccaria, M et al., “Relevance of Newtonian seismic noise for the VIRGO interferometer sensitivity”, Classical and Quantum Gravity, 15(11), 3339 (1998) http://stacks.iop.org/0264-9381/15/i=11/a=004.

[3] Beker, M.G. et al., “Improving the sensitivity of future GW observatories in the 1 - 10Hz band: Newtonian and seismic noise”, General Relativity and Gravitation, 43(2), 623–656 (2011). DOI:http://dx.doi.org/10.1007/s10714-010-1011-7.
[4] Cella, G., “Off-Line Subtraction of Seismic Newtonian Noise”, in Casciaro, B., Fortunato, D., Francaviglia, M. and Masiello, A., eds., Recent Developments in General Relativity, pp. 495–503. Springer Milan, (2000). DOI:http://dx.doi.org/10.1007/978-88-470-2113-6_44.
[5] Komatitsch, Dimitri and Tromp, Jeroen, “Introduction to the spectral element method for three-dimensional seismic wave propagation”, Geophysical Journal International, 139(3), 806–822 (1999). DOI:http://dx.doi.org/10.1046/j.1365-246x.1999.00967.x.