Teorizzate da A.Einstein nel 1916, ci abbiamo messo un secolo per trovare effettivamente traccia di quelle che sono le Onde Gravitazionali.
L’esserci riusciti rappresenta così un primo passo verso un nuovo modo per osservare l’Universo in quanto ci fornisce nuovi strumenti per capirne la nascita e lo sviluppo. I buchi neri, e le stelle di neutroni sono sempre stati troppo difficili per poter essere rilevati dai moderni telescopi ma da oggi abbiamo la certezza che i ricercatori potranno misurare le onde gravitazionali che producono e che col tempo ci daranno maggiori informazioni su come questi “oggetti” manipolano la gravità ; in futuro la scoperta di oggi potrebbe anche essere la base per nuove scoperte e nuove invenzioni un po’ come successe per le onde elettromagnetiche che diedero vita anni dopo alla radio, alla tv, ai telefonini, ai forni microonde.
Cosa sono le onde gravitazionali?
Per comprendere le onde gravitazionali dobbiamo prima cercare di capire almeno un pochino la teoria della relatività di Einstein. Ma cercherò di farlo con parole semplici.
La teoria della relatività di Einstein ha completamente alterato il modo di pensare degli scienziati: prima di lui si pensava che spazio e tempo fossero due concetti indipendenti l’uno dall’altro ma Einstein li combinò insieme in un modello quadridimensionale che prese il nome di spazio-tempo ed indicò che lo spazio-tempo non è per nulla fisso/costante.
Sempre la sua teoria ha modificato anche il modo di studiare la gravità : la fisica secondo Newton ci aveva sempre detto che nell’Universo tutti gli oggetti sono attratti l’uno dall’altro. Einstein invece propose che gli oggetti distorcono lo spazio-tempo intorno a loro creando quella che viene definita “attrazione gravitazionale”.
Pensiamo ad una palla posta su di un telo (vedi GIF animata qui sotto): il telo fletterà verso il basso tanto quanto è il peso della massa. Se sul telo aggiungiamo una seconda palla facendola roteare, questa palla iniziera a girare intorno subendo però la forza di attrazione dettata dalla flessione del telo.
Ora pensate all’oggetto come un pianeta o una stella o un corpo celeste in generale.
Quando uno di questi oggetti si muove attraverso l’Universo automaticamente distorcono lo spazio-tempo e questo genera le onde gravitazionali.
Lo spostamento di un qualsiasi oggetto, sia che sia una persona sia che sia un buco nero, produce onde gravitazionali
Ma rilevarle non è così semplice.
Dal momento in cui Einstein ne teorizzò la loro esistenza, gli scienziati se ne sono convinti ma non è mai stato possibile dimostrarlo in quanto il segnale che emettono è decisamente debole.
Più è grande la massa di un oggetto, più sono grandi le onde gravitazionali che genera e la super densità di un buco nero o di una stella di neutroni che si muovono a velocità sostenuta genera delle onde che sono finalmente captabili sulla terra, è qui che introduciamo LIGO e VIRGO che sono stati i due interferometri in grado di rilevarle.
Facendo un esempio, se per assurdo domani a causa di un evento straordinario il Sole venisse distrutto, noi per 8 minuti non ne sapremmo di nulla, perchè 8 minuti è il tempo che la luce ci mette ad arrivare dal Sole a noi sulla Terra. La gravita del Sole manterrebbe la Terra sulla sua orbita ed in questi 8 minuti la Terra continuerebbe ad essere attratta dal Sole anche se questo non c’è più, ma qualcosa deve viaggiare per far sapere alla Terra che la forza gravitazionale è venuta meno, e quel qualcosa sono le onde gravitazionali.
Gli interferometri LIGO e VIRGO
LIGO e VIRGO sono situati rispettivamente in USA (sono due i LIGO presenti) ed in Italia (vicino a Pisa). I due interferometri hanno scelto di operare in maniera distinta e mentre LIGO analizza le alte frequenze VIRGO privilegia l’analisi delle basse frequenze; negli anni hanno vissuto una sorta di competizione tra loro ma dal 2006 hanno iniziato una collaborazione progredita fino al 2010 quando poi sono iniziati i lavori di upgrade degli interferometri.
LIGO ha terminato il suo upgrade ad agosto 2015 mentre quello di VIRGO è tuttora in corso. E’ stato quindi LIGO ad effettuare la rilevazione, ma nessuno toglie meriti di studio e analisi anche a VIRGO.
Come avviene la rilevazione
Al suo interno LIGO misura grazie ad un raggio laser rimbalzato su degli specchi per 50 volte la distanza fra due masse, e tale laser è messo in interferenza con un altro che fa grosso modo la stessa cosa tra due masse disposte ad un angolo di 90°: il passaggio di un’onda gravitazionale genera uno sfasamento tra i due bracci.
La percettibilità di quest’onda è talmente debole che la sua rilevazione è molto soggetta a quello che accade sulla Terra, così tanto al punto da costringere gli scienziati ad appurare se un fulmine di 500 chiloampère caduto in Burkina Faso (quindi a migliaia di km di distanza dal rilevatore) potesse creare elemento di disturbo.
Il lavoro svolto da LIGO con i risultati enunciati nella giornata di ieri, ha anche permesso di trovare l’evidenza sperimentale dei buchi neri, cosa mai dimostrata fino ad ora, oltre a confermare quanto espresso dalla teoria della Relatività generale.
In futuro?
Data l’importanza di questi interferometri, sarà fondamentale riuscire ad attivarne altri (magari non in superficie ma sottoterra) in India, Giappone e Australia per riuscire ad avere una caratterizzazione ottimale dell’onda escludendo le varie interferenze terrestri, ma proprio per evitare ciò si sta già lavorando a progetti che possano portare un interferometro nello spazio, progetti come il LISA Pathfinder.
