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Onde gravitazionali: un nuovo strumento per studiare il cosmo

E` uno dei successi scientifici più importanti dell’anno, probabilmente del decennio: le onde gravitazionali, a lungo ipotizzate e ricercate sin dalla loro formulazione nel contesto della relatività generale di Einstein, esattamente un secolo fa, sono state finalmente osservate. Il team di oltre 1000 scienziati (da 90 istituti e laboratori di ricerca sparsi per il mondo) del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), lo strumento responsabile di questo fenomenale passo avanti per l’astrofisica, festeggia in questi giorni a scoperta che cambierà per sempre la maniera in cui gli scienziati studiano l’universo.

Ma cosa sono, esattamente, le onde gravitazionali? Le onde gravitazionali sono delle increspature, o deformazioni, nel tessuto dello spazio-tempo. Se pensiamo allo spazio tempo come ad un tappeto elastico, capace di deformarsi sotto il peso di oggetti più o meno pesanti, possiamo immaginare che la sua curvatura sarà tanto più pronunciata quanto maggiore è il peso di un corpo, come ad esempio un pianeta, una stella o un buco nero. E la forza di gravità, come la conosciamo bene anche sulla Terra, non è altro che una conseguenza di questa distorsione nel tessuto cosmico.

onde gravitazionali
Il tessuto dello spazio-tempo. Fonte: Mark Garlick / Science Source

Einstein predisse, senza purtroppo i mezzi per poterlo dimostrare, che se la gravità cambia improvvisamente in un’area, onde di energia gravitazionale potrebbero diffondersi nell’universo alla velocità della luce, distendendo e contraendo il tessuto dello spazio al loro passaggio. Oggetti astronomici molto massicci che si muovono rapidamente, come ad esempio due buchi neri che orbitano l’uno attorno all’altro, perdono energia attraverso l’emissione di onde gravitazionali, le quali sono in grado di produrre deformazioni nella curvatura dello spazio-tempo tali da poter essere rilevate.

Tali increspature sono, ad ogni modo, estremamente piccole e difficili da osservare: parliamo di cambiamenti di lunghezza equivalenti ad una frazione della larghezza di un atomo. Praticamente impossibili da misurare anche per gli strumenti più sensibili, ma non per LIGO: con il suo tunnel lungo 4 km ed un avanzato sistema di interferometria laser, si è potuto misurare il tempo impiegato dalla luce per viaggiare da un’estremità all’altra dello strumento, dopo il passaggio di un’onda gravitazionale, prodotta dalla collisione di due buchi neri lontani più di un miliardo di anni luce dalla Terra.

I buchi neri si sarebbero fusi producendo un nuovo buco nero, con massa minore della somma delle due masse dei buchi neri originari, rilasciando una grande quantità di energia (secondo la celebre formula E=mc2) che ha modificato la struttura dello spazio-tempo. L’incredibile osservazione è avvenuta il 14 Settembre del 2015 da parte di entrambi gli interferometri laser gemelli di LIGO situati negli USA, ed è stata confermata nei giorni scorsi.

Onde gravitazionali
Vista su LIGO, lo strumento che ha registrato le onde gravitazionali eco di un merging tra buchi neri. Hanford (USA). Fonte: http://www.ligo.org/

Le onde gravitazionali sono la prima, diretta prova dell’esistenza di buchi neri in collisione ed una conferma della teoria della relatività generale.

La possibilità di misurare questi segnali permetterà di osservare il cosiddetto dark universe: la componente maggiore dell’universo, attualmente invisibile ai grandi telescopi ottici. Le onde gravitazionali possono attraversare ogni mezzo e non sono bloccate dalla polvere, come ad esempio accade per la luce. Gli astronomi sperano di poter studiare la collisione (o merging) di altri buchi neri, o di stelle di neutroni, e raccogliere informazioni sul Big Bang e i primissimi istanti di vita dell’universo.

Congratulazioni, LIGO team! C’è senza dubbio odore di premio Nobel nell’aria.

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