Galileo e la caduta dei gravi, Luigi Catani 1816
Quando Galileo fece i suoi famosi esperimenti dalla torre di Pisa e dedusse che i corpi cadono tutti con la stessa accelerazione scoprì un aspetto fondamentale di questa cosa elusiva e insieme fondamentale che è la forza di gravità. Einstein, invece, intuì che un corpo come una stella deforma, con la sua massa, lo spazio-tempo, allo stesso modo che fa una biglia su un telo teso. La gravità, o meglio l'interazione gravitazionale, è quella forza attrattiva che si esercita tra oggetti nello spazio che possiedono una massa. Notoriamente il mediatore di questa interazione gravitazionale è il gravitone ma ancora più notorio è il fatto che questa particella non è stata ancora isolata.In sostanza, l'esistenza stessa di un universo con migliaia di galassie e miliardi di stelle si deve all'interazione gravitazionale. Ma come si trasmette questa interazione gravitazionale tra i corpi dotati di massa? Einstein comprese che, in maniera simile a quello che accade con le onde elettromagnetiche, l'interazione gravitazionale si trasmette attraverso onde gravitazionali, che si muovono alla velocità della luce.
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Un ottimo laboratorio per osservare l'effetto delle onde gravitazionali è la stessa Terra. La reciproca attrazione gravitazionale che si esercita tra Terra e Sole non è uguale in tutti i punti della Terra. In quei punti più vicini al Sole è più forte rispetto a quelli più lontani e inoltre, vi è differenza anche tra punti distanti tra loro per le diverse direzioni con cui puntano verso il centro della nostra stella. Queste differenze producono increspature sulla superficie del nostro pianeta che si manifestano sotto forma di marea. Lo stesso effetto, più intenso, è esercitato dal nostro satellite, la Luna. Le maree sono dunque un effetto osservabile dell'esistenza di questa interazione gravitazionale tra corpi dotati di massa. Le onde gravitazionali trasmettono l'interazione tra le particelle dei due corpi che interagiscono.
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LISAGli scienziati vogliono misurare queste onde gravitazionali. A questo scopo, Nasa ed Esa hanno approntato una missione spaziale il cui acronimo è LISA, cioè: Laser Interferometer Space Antenna.LISA è formato da 3 satelliti che orbitano intorno al Sole. Questi 3 satelliti occupano i 3 vertici di un triangolo equilatero con i lati di circa 5 milioni di chilometri. Questi tre satelliti ruotano intorno al Sole con un periodo di rivoluzione di un anno. In ogni satellite vi sono 2 blocchi di oro e platino con lato di 5 centimetri e con una massa di due chili ognuna, ed è proprio dalla misurazione dell'interazione tra questi blocchi sui satelliti che dipende il rilevamento delle onde gravitazionali. Affinchè non vi sia nessun altra influenza che quella delle onde gravitazionali, questi blocchi di oro e platino non sono mai a contatto con le pareti del satellite, ma fluttuano liberi. Lo scopo è di registrare l'influenza delle onde gravitazionali su queste masse, utilizzando un laser montato su ogni satellite, che invia un fascio laser alle masse di oro e platino e, sfruttando l'effetto Doppler, misura lo spostamento della frequenza del fascio di ritorno, imputabile alla variazione di velocità dovuta alle onde gravitazionali. La sensibilità, a quelle distanze,arriva a variazioni della velocità dell'ordine di 10-12 chilometri orari.
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I corpi invisibiliQuasi tutte le stelle della nostra galassia, la Via Lattea, orbitano intorno a un oggetto di grande massa ma invisibile alla nostra osservazione diretta. Possiamo solo ipotizzarne la presenza e dedurne la massa, che è all'incirca 4 milioni di volte quella della nostra stella. Inoltre, spesso capita che le galassie vengano a trovarsi a una distanza tale che questi corpi invisibili, con tutta probabilità buchi neri, iniziano ad interagire dando vita a quello che si chiama un sistema binario. Questi sistemi binari sono una fonte di onde gravitazionali di grande intensità. Soprattutto se si pensa al loro destino che, a causa del movimento delle galassie, sovente è quello di collassare uno verso l'altro in una traiettoria a spirale e generare onde gravitazionali di eccezionale intensità. Queste onde, se generate da masse dell'ordine tra 10 mila e 100 milioni quelle del Sole, dovunque si trovino sono rilevabili da LISA.Ora, bisogna considerare che rilevare le onde provenienti da corpi così lontani nello spazio significa, allo stesso tempo, andare indietro nel tempo, a causa della velocità finita della luce. In questo modo, LISA potrebbe ricostruire la storia dell'Universo rilevando questo concerto di onde provenienti dallo spazio e dal tempo remoti, una storia basata sulla formazione di masse così concentrate come sono i buchi neri.Questi buchi neri sono oggetti veramente voraci, capaci di inghiottire senza problemi stelle o piccoli buchi neri abbastanza vicini in più, grazie alla loro enorme forza di gravità, sono in grado di generare delle profonde distorsioni marea su quelle stesse stelle vicine. Un'altra caratteristica specifica dei buchi neri è in grado di fornire informazioni. C'è un confine, detto orizzonte degli eventi, rispetto al quale tutti i segnali provenienti dal buco nero sono bloccati. Tutto ciò che si trova all'interno dell'orizzonte degli eventi (una sorta di sfera di influenza prossimale che circonda il buco nero) non esce più. In questo modo, seguendo un oggetto come un piccolo buco nero che precipita su un buco nero più massiccio, dalle informazioni provenienti lungo questo tragitto fino alla scomparsa di ogni segnale, una volta attraversato l'orizzonte degli eventi, si sarà in grado sia di ricostruire una mappa delle onde gravitazionali e dimostrare che questi oggetti invisibili sono buchi neri.
radiazione cosmica di fondo
Questo articolo partecipa al Carnevale della Fisica # 19 che si tiene su IncredibleButTrue.
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