Delle onde gravitazionali e altre facezie

Più che la notizia della settimana la definirei la notizia del secolo. Ma forse del secolo è un po’ prematuro dal momento che siamo solo all’inizio, di questo secolo.

Fatto sta che la portata è tanto grande da prendere in considerazione l’idea di approfondire l’argomento anche se della teoria della relatività generale, e di Einstein, abbiamo parlato da poco.

Oggi avremo, signori e signore, ONDE!

L’annuncio è della settimana scorsa ed ha avuto, giustamente, grande risalto.

La caccia era iniziata negli anni sessanta con la costruzione dei primi rilevatori, pochi anni dopo la morte del fisico che ne aveva teorizzato l’esistenza, Albert Einstein.

Le onde gravitazionali sono, infatti, una conseguenza della teoria della relatività generale di cui abbiamo parlato di recente, in occasione del centenario della sua esposizione:

http://virgoletteblog.it/2015/11/26/cronache-darwiniane-45/

(Segue breve rispolvero della teoria della relatività che i più secchioni potranno saltare a pie’ pari)

A tal proposito vi ricorderete che lo spazio-tempo può essere rappresentato, per comodità, come un telo elastico che si curva sotto il peso delle masse che vi si trovano. Facciamo conto di avere questo telo ben teso su cui poniamo una sfera abbastanza pesante; il telo si piegherà seguendone i contorni. Si piegherà poco in corrispondenza di una piccola massa e molto in corrispondenza di una massa maggiore.

Se poi la massa è enormemente concentrata possiamo avere una sorta di lacerazione del tessuto spazio-temporale, la singolarità chiamata buco nero, un oggetto in grado di produrre una curvatura tanto grande che nulla che vi si avvicini possa sfuggirle.

I pianeti orbitano intorno a stelle come il Sole perché non possono fare altrimenti che seguire la curvatura spazio-temporale provocata da queste masse così grandi. Anche i pianeti, con la loro massa in movimento, producono curvature del tessuto, molto più piccole, ma che si portano appresso nel percorso.

(Fine del rispolvero)

Proviamo ad immaginare cosa accadrebbe se due masse orbitassero intorno ad un centro comune e se queste due masse fossero buchi neri.

Questo breve filmato che abbiamo trovato sul canale youtube dello strumento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) ci aiuterà!

Quelle appena viste sono proprio loro, le onde gravitazionali, viaggiano a velocità della luce ed hanno interazioni piuttosto trascurabili con ciò che incontrano nel loro percorso.

Durante la formazione dell’unico, enorme, buco nero l’emissione di onde avrà un picco e subito dopo si fermerà.

Non bisogna, però, pensare che occorrano due buchi neri perché esse si formino, al contrario. Ogni massa in movimento genera onde gravitazionali solo che si tratta di perturbazioni debolissime, ricordiamo che, a fatica, siamo riusciti a rilevare quelle prodotte dalla “fusione” di due buchi neri!

Alla base delle onde gravitazionali rilevate, infatti, c’è l’unione di due buchi neri; il primo di 29 masse solari, il secondo di 36. Il risultato è un mostro di 62 volte la massa del Sole e quello che “avanza” dalla somma delle due masse (29+36=65…) viaggia con le onde gravitazionali sotto forma di energia.

immagine 1

Adesso siamo pronti a scoprire come le onde sono state rilevate.

Presi due punti, A e B, misurare la variazione della distanza che li separa che avviene al passaggio dell’onda non è cosa che si possa fare con un metro. Se tentassimo di farlo, avremmo che lo strumento metro si deformerebbe al passaggio dell’onda, proprio come A e B si troverebbero a distanza differente.

Come si misura una perturbazione tale che, pur essendo di lieve entità, è in grado di deformare qualsiasi metro utilizzato per registrarla? Si deve utilizzare uno strumento che non subisca variazioni al passaggio dell’onda gravitazionale, si è quindi scelta la luce.

LIGO e VIRGO sono i due osservatori che hanno permesso la scoperta, il primo è statunitense mentre il secondo si trova in provincia di Pisa, in Italia.

I rilevatori sono costituiti da coppie di bracci disposti ad angolo retto, paralleli alla superficie terrestre che vengono percorsi da fasci laser. Questi fasci vengono riflessi da specchi la cui posizione cambia se passa l’onda gravitazionale, tale cambiamento viene rilevato da appositi strumenti.

immagine 2

Gli interferometri presenti negli osservatori interessati sono riusciti, quindi, a captare una variazione piccolissima, grazie anche agli anni passati ad aggiornare le strumentazioni per aumentarne la sensibilità.

Abbiamo accennato a quanto la scoperta fosse attesa, l’annuncio ufficiale è stato dato contemporaneamente durante due conferenze stampa tenutesi a Washington D.C. e a Cascina, provincia di Pisa, sede dell’European Gravitational Observatory.

Il ruolo dei centri italiani e dei nostri ricercatori è di primo piano nella scoperta; ricordiamo che il rilevatore VIRGO è stato il primo costruito in grado di osservare onde gravitazionali anche di bassa frequenza, seguito poi dal LIGO statunitense.

Di seguito il video del New York Times (tradotto) che illustra la scoperta:

http://intern.az/1sla

Dopo tanti anni, la caccia ha dato i suoi frutti, le onde esistono e la strada verso la soluzione di problemi ancora irrisolti nell’evoluzione stellare e orbitale è aperta.

Eureka! (Archimede di Siracusa)

 

Serena Piccardi

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