Onde gravitazionali: finalmente ci siamo!

Ad esattamente 100 anni di distanza dalla previsione della loro esistenza da parte di Albert Einstein è arrivato l’annuncio di David Reitze: “Abbiamo rilevato le onde gravitazionali. Ce l’abbiamo fatta!”. Si tratta della più importante osservazione astrofisica effettuata dalla scoperta della radiazione cosmica di fondo.

Reitze è direttore esecutivo del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) del California Institute of Technology, uno dei laboratori di ricerca che dal 2002 cerca di dare evidenza di questo importante fenomeno.

Le onde gravitazionali sono previste dalla Teoria generale della Relatività di Einstein, secondo cui la gravità è in grado di piegare lo spazio-tempo, tanto più quanto è grande la massa dell’oggetto che la produce. Quando degli oggetti massivi si muovono producono un’oscillazione nel tessuto spazio-temporale, un po’ come le onde prodotte da una nave sulla superficie di un liquido. Tuttavia, anche se generate da eventi di proporzioni impressionanti (come ad esempio la fusione tra due buchi neri supermassivi come nel fenomeno osservato, o lo spinning di alcune stelle di neutroni chiamate pulsar), le onde gravitazionali sono difficilissime da individuare, dato che si tratta di increspature delle dimensioni dell’ordine di milionesimi di un atomo di idrogeno.

Per questo motivo solo strumenti ad altissima sensibilità come i due rilevatori interferometrici al laser di LIGO sono in grado di rilevarne l’effettiva esistenza con un margine di errore di 1 su 6 milioni, che statisticamente garantisce l’affidabilità dell’osservazione. Si tratta di due sistemi a vuoto a forma di L, uno ad Hanford, a Washington, e l’altro a Livingston, in Louisiana, entrambi lunghi 4 chilometri e situati a circa 3000 chilometri l’uno dall’altro. La lontananza garantisce che l’eventuale rumore di fondo provocato da microterremoti o fenomeni acustici non generi dei falsi positivi. E’ improbabile che allo stesso momento si verifichino gli stessi disturbi ad una tale distanza, pertanto è incrociando i dati provenienti da entrambi i rilevatori che è possibile ottenere risultati affidabili.

All’interno di ognuna di queste strutture vengono generati dei fasci laser splittati in due da uno specchio semitrasparente lungo un tubo del diametro di 1,2 metri, e convogliati nei due bracci ad L dell’interferometro in fondo ai quali vengono riflessi da un altro specchio ad ultra precisione e ricombinati insieme. Se un’onda gravitazionale attraversa il fascio laser ne altera la distanza che questo deve percorrere, pertanto il raggio ricostruito appare diverso da quello iniziale.

L’individuazione delle sorgenti di questi fenomeni gravitazionali non è semplice, e solo l’incrocio dei dati con altri sistemi di rilevazione può permettere una triangolazione più precisa. LIGO fa parte di un network di rilevatori a cui appartengono anche GEO 600 (ad Hannover, in Germania), TAMA (a Tokyo, Giappone) e Virgo (vicino a Pisa, in Italia). E’ proprio grazie alla collaborazione con Virgo, che verrà attivato verso la fine di quest’anno, e al software prodotto in Italia che si deve l’importante analisi dei dati che ha portato alla scoperta.

Le onde gravitazionali viaggiano alla stessa velocità della radiazione elettromagnetica, ma a differenza di questa non interagiscono con la materia, restando pressoché inalterate anche ad altissime distanze e conservando informazioni sulla sorgente che le ha emesse. La collaborazione con altri sistemi di rilevazione e del satellite LISA Patfinder lanciato lo scorso dicembre permetterà quindi di osservare e studiare buchi neri ed altri oggetti che attualmente non ci è possibile osservare, come ad esempio l’universo prima della formazione delle stelle, dato che era opaco alla radiazione elettromagnetica, sulla quale ci basiamo per le osservazioni.

L’importanza della scoperta di queste onde a 100 anni di distanza dalla formulazione della Teoria della Relatività è anche quella di fornire un’ulteriore conferma dell’applicabilità della stessa in moltissime condizioni. Per questi motivi, l’utilizzo dei rilevatori di onde gravitazionali apre una nuova finestra sull’osservazione dell’Universo e rappresenta l’inizio di una nuova era nello studio dell’astronomia.

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