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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:
La stima del rumore Newtoniano, e dell’efficienza delle procedure di sottrazione, si basa su modelli molto semplici che possono essere trattati analiticamente. É 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.
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 (http://geodynamics.org/cig/software/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.
Giancarlo Cella (giancarlo.cella@pi.infn.it 050-2214-4444)
[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.
[6] Komatitsch, Dimitri and Vilotte, Jean-Pierre, “The spectral element method: An efficient tool to simulate the seismic response of 2D and 3D geological struc- tures”, Bulletin of the Seismological Society of America, 88(2), 368–392 (1998). http://www.bssaonline.org/content/88/2/368.full.pdf+html