Guida alle onde gravitazionali

Che cosa sono le onde gravitazionali? Nature ci racconta brevemente che cosa sono questi fenomeni e come gli scienziati sono riusciti a misurarle. Tutto ebbe inizio nel 1915 con Einstein. Egli ipotizzò che tutti gli oggetti con una massa fossero in gradi di alterare la struttura dello spazio-tempo. Nel caso che questi oggetti abbiano una massa sufficientemente grande, allora riuscirebbero a forzare altri oggetti a muoversi verso di loro: questa è quella che chiamiamo gravità. Einstein ipotizzò anche che queste distorsioni potessero viaggiare lungo l’universo espandendo e contraendo lo spazio-tempo nel processo: queste sono le onde gravitazionali.

In seguito i ricercatori ipotizzarono che se due masse estremamente grandi, come due buchi neri, fossero intrappolate nel reciproco campo gravitazionale, comincerebbero a ruotare in una spirale attraendosi a vicenda e così farebbe la distorsione che causerebbero nello spazio-tempo. Quest’evento genererebbe onde gravitazionali che si allontanerebbero dalla fonte come increspature nell’acqua. Tuttavia più queste onde viaggiano nello spazio, più diventano difficili da osservare, tanto che Einstein pensò che gli scienziati non sarebbero mai arrivati a registrarle, cosa che però non li scoraggiò dal provare.

A questo punto entra in scena LIGO, l’osservatorio di onde gravitazionali ad interferometria laser (Laser Interferometer Gravitational waves Observatory). Il concetto dietro quest’apparecchiatura è alquanto semplice: l’obiettivo è di misurare la distorsione nello spazio tempo causata dalle onde gravitazionali. LIGO crea un raggio laser che viene diviso in due fasci da uno specchio. Il laser viaggia lungo due tunnel mantenuti a vuoto, dalla lunghezza identica. Alla fine del tunnel il laser viene riflesso da alcuni specchi e ritorna verso lo specchio che ha diviso il raggio originale. In condizioni normali, le onde elettromagnetiche del laser dovrebbero arrivare perfettamente sincrone, essendo derivate dallo stesso laser ed avendo percorso la stessa distanza, e si annullerebbero una volta incontrate dopo aver percorso i tunnel. Pertanto in condizioni normali il sensore di luminosità non registra alcuni segnali.

Se un’onda gravitazionale attraversasse LIGO durante una registrazione, questa distorcerebbe lo spazio-tempo cambiando la distanza che deve percorrere ciascun laser dopo esser stato separato. Le onde elettromagentiche dei laser non sarebbero più in sincronia e non si annullerebbero più in modo perfetto permettendo al sensore di registrare un segnale luminoso. Poiché quest’esperimento è estremamente sensibile ad interferenze, due osservatori LIGO identici sono stati costruiti ai due lati estremi degli USA. Entrambe dovrebbero registrare la stessa identica lettura allo stesso momento per poter considerare valido il segnale registrato.

LIGO è uno strumento pensato per poter registrare direttamente le onde gravitazionali, un altro esperimento realizzato al polo sud, chiamato BICEP2, è ideato per registrare in modo indiretto le onde gravitazionali, cercando l’impronta che le onde gravitazionali che hanno lasciato nella radiazione residua del Big Bang. LIGO invece cerca onde gravitazionali molto più recenti, dell’ordine delle centinaia di milioni di anni fa, qualcosa che derivi da eventi come la collisione di due stelle di neutroni, o la fusione di due buchi neri.

Siamo a un secolo da quando Einstein ha ipotizzato l’esistenza delle onde gravitazionali e solo ora abbiamo modo di dire che aveva ragione. In una conferenza stampa dell’11 Febbraio è stato annunciato ufficialmente il risultato della prima registrazione diretta di onde gravitazionali. Rainer Weiss, professore di Fisica al MIT racconta come all’inizio fosse scettico del risultato ottenuto, ma che in seguito, verificando come tutte le condizioni dell’esperimento fossero soddisfacenti cominciò la vera sensazione di soddisfazione. Racconta anche l’ammirazione che ha per come Einstein fosse riuscito, un secolo fa, a prevedere l’esistenza di questo fenomeno semplicemente fondandosi sul suo ragionamento teorico, senza avere alcuna idea di come gli scienziati dopo di lui avrebbero potuto confermare l’esistenza di queste onde.

Il Professor Kip Thorne, della Caltech University, racconta come l’evento, registrato il 14 settembre, sia stato poi studiato in segreto dall’occhio della stampa, per poterne verificarne la veridicità. Una preparazione sperimentale e tecnologica estremamente difficile ed innovativa, ma che finalmente ha portato a quest’evento. Anche la professoressa Gabriela Gonzalez, dell’University of Lousiana, pensava inizialmente ad un errore, o una simulazione, ma che nelle poche ore successive, dopo aver compreso che non si trattava di un errore abbiano lavorato senza sosta per verificare la veridicità dei segnali registrati, convincendo loro stessi ed il mondo scientifico di questi risultati. Per Gabriela Gonzalez qeust’evento segna l’inizio di una nuova era nella fisica, nella quale registrazioni di onde gravitazionali continueranno e miglioreranno da questo momento in poi.

7 Comments on "Guida alle onde gravitazionali"

  1. Elia Magrinelli | 15 Febbraio 2016 at 9:36 |

    Con strumentazioni simili è solitamente necessario simulare dei segnali per poi comprendere come studiarne le proprietà in seguito. Una mia personale interpretazione è che si riferisse ad un caso simile, si tratterebbe non tanto di un errore, ma di un evento programmato per poter osservare come sarebbe un segnale vero e capire come misurarlo.
    https://gwic.ligo.org/simulations/

  2. Elia Magrinelli | 15 Febbraio 2016 at 9:36 |

    Con strumentazioni simili è solitamente necessario simulare dei segnali per poi comprendere come studiarne le proprietà in seguito. Una mia personale interpretazione è che si riferisse ad un caso simile, si tratterebbe non tanto di un errore, ma di un evento programmato per poter osservare come sarebbe un segnale vero e capire come misurarlo.
    https://gwic.ligo.org/simulations/

  3. Elia Magrinelli | 15 Febbraio 2016 at 9:33 |

    Se si riferisce al principio della contrazione delle lunghezze, della relatività ristretta, è vero solamente a velocità prossime a quelle della luce.

  4. Luca Punchina | 14 Febbraio 2016 at 15:51 |

    L’articolo riferisce che gli oggetti massicci attraggono i meno massicci. Dalle scuole superiori ho sempre pensato che non fossero gli oggetti a muoversi (esempio il meno massiccio verso il più massiccio), se non in un certo sistema di riferimento. Mi pareva di aver capito che è proprio lo spazio tra gli oggetti che si espande o si contrae. O no?

  5. Luca Punchina | 14 Febbraio 2016 at 15:51 |

    L’articolo riferisce che gli oggetti massicci attraggono i meno massicci. Dalle scuole superiori ho sempre pensato che non fossero gli oggetti a muoversi (esempio il meno massiccio verso il più massiccio), se non in un certo sistema di riferimento. Mi pareva di aver capito che è proprio lo spazio tra gli oggetti che si espande o si contrae. O no?

  6. Armand Milieu | 14 Febbraio 2016 at 15:41 |

    Perdonate l’ingenuità di un non addetto ai lavori.

    Riguardo a quanto riportato: “Anche la professoressa Gabriela Gonzalez, dell’University of Lousiana, pensava inizialmente ad un errore, o una simulazione”

    Cosa si intende dire col fatto che la professoressa pensava a una “simulazione”?
    Significa forse che le simulazioni sono una specie di errore che può avvenire durante un esperimento?

    Grazie 🙂

  7. Armand Milieu | 14 Febbraio 2016 at 15:41 |

    Perdonate l’ingenuità di un non addetto ai lavori.

    Riguardo a quanto riportato: “Anche la professoressa Gabriela Gonzalez, dell’University of Lousiana, pensava inizialmente ad un errore, o una simulazione”

    Cosa si intende dire col fatto che la professoressa pensava a una “simulazione”?
    Significa forse che le simulazioni sono una specie di errore che può avvenire durante un esperimento?

    Grazie 🙂

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