Le onde gravitazionali e i misteri dell’Universo

 Ha fatto scalpore, nei giorni scorsi, l’annuncio della scoperta delle onde gravitazionali. Teorizzate esattamente un secolo fa da Albert Einstein, solo ora la loro effettiva esistenza è stata dimostrata grazie al lavoro di due team di ricerca: da un lato gli scienziati americani del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, che hanno compiuto gli esperimenti, dall’altro gli italiani di VIRGO, che hanno elaborato i dati dei colleghi d’Oltreoceano.

LE ONDE GRAVITAZIONALI SONO STATE TEORIZZATE DA EINSTEIN 100 ANNI FA

La notizia ha letteralmente riempito di entusiasmo tutti gli addetti ai lavori: attendevano da decenni una conferma alle onde gravitazionali, che potremmo definire come delle “increspature” nel tessuto spazio-tempo. Siamo felici di ospitare nel nostro blog un commento dell’astrofisico Paolo Salucci, professore associato della SISSA di Trieste, che ripercorre la fasi di questa straordinaria scoperta e spiega i motivi per cui è così importante per la Fisica.

 “Il  14 settembre 2015 qualcosa, atteso da 100 anni, finalmente accade. Esattamente alle 11:50:45 (ora italiana) a Livingston, in Louisiana, nell’ osservatorio LIGO,  tra i 2  i raggi laser che cento volte al secondo si riflettono, con un gioco di specchi, percorrendo avanti e indietro ciascuno dei due tunnel messi ad angolo retto e lunghi ben quattro chilometri, si crea un piccolissimo, ma deciso sfasamento.

 Venti millisecondi dopo lo stesso identico fenomeno si ripete, nell’impianto gemello a Hanford, nello stato di Washington, 3 mila chilometri a nord-ovest. Questi  sfasamenti hanno creato, per circa 0.15 secondi, un segnale fortissimo, chiaro ed identico nelle due istallazioni. La forma del segnale osservato è complessa e perciò non lascia dubbi: un’onda gravitazionale ha colpito la Terra, distorcendo ogni distanza di una quantità piccolissima, ma misurata.

L’OSSERVATORIO LIGO, IN LOUISIANA

Per esempio, la barra campione di platino-iridio conservata a Sèvres presso Parigi, che definiva il metro fino al 1960, si è distorta di un miliardesimo di un miliardesimo di millimetro, una quantità assolutamente non misurabile,  se non dalla sofisticatissima e  gigantesca apparecchiatura di LIGO.

 Un effetto catastrofico avvenuto in una galassia lontana circa un miliardo di anni luce ha prodotto questa onda gravitazionale. Un sistema stellare formato da due buchi neri di massa pari a  29 e 36 volte la massa del Sole, in rotazione uno rispetto all’altro, ha incominciato a destabilizzarsi ed i due buchi neri hanno iniziato a spiraleggiare avvicinandosi uno rispetto all’altro con velocità sempre maggiore.

 Quando sono arrivati  ad una distanza circa 1000 km, 10 volte il  cosiddetto raggio di Schwarzchild, il campo gravitazionale dei due buchi neri è diventato così forte da distorcere completamente lo spazio tempo, le loro velocità relative sono aumentate fino a raggiungere la velocità della luce e in questa situazione i 2 buchi neri si sono avvicinati sempre di più percorrendo una traiettoria a spirale.

L’ASTROFISICO PAOLO SALUCCI

Tutto ciò, in perfetto accordo con le previsioni della teoria della Relatività Generale proposta da Einstein proprio nel 1916,  ha fatto sì che un potente fascio di onde gravitazionali sia stato irradiato prima che i due buchi neri si siano fusi tra loro, in uno unico di 62 masse solari.

 Da notare che questa è inferiore di 3 masse solari alla somma delle masse dei due buchi neri originali. E questa è un’altra spettacolare conferma del genio di Einstein: questa massa mancante non è sparita, ma si è trasformata in energia ed è stata irraggiata fuori dal sistema dalle onde gravitazionali.

 Il tutto accade, nel sistema di riferimento dei due black hole,  in circa 5 millesimi di secondo che vengono dilatati  dalla curvatura spazio temporale dell’evento di fusione a 1.5 decimi di secondo quando osservati dalla Terra. Questa scoperta è un trionfo per Einstein a riguardo di molti aspetti della sua teoria della Relatività Generale e specialmente i fisici hanno pianto nel vedere ancora una volta realizzato il suo genio.

I DUE BUCHI NERI SI SONO FUSI IN UN UNO GIGANTESCO

LIGO e gli altri osservatori di onde gravitazionali che entreranno presto in funzione tra cui  l’italianissimo VIRGO a Cascina ci apriranno la porta a vere e proprie “wunderkammern”, agli stadi finali di fusione di buchi neri e di stelle di neutroni, alle esplosioni di supernove, a scontri tra stelle e a chissà cos’altro. Il tutto in galassie lontane ma, a poco a poco, gli eventi accadranno anche in galassie sempre più vicino a noi fino alla prossima supernova che esploderà nella nostra galassia.

 Noi non sappiamo la frequenza di questi eventi, d’altra parte la strumentazione continua a migliorare in modo impressionante e non è assurdo sognare che questa nuova finestra sull’universo ci dia presto delle informazioni sui misteri aperti della materia ed energia oscura.”