ONDE GRAVITAZIONALI

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Due buchi meri che si fondono insieme: e’ quel che e’ successo- i colori sono di fantasia

Einstein, il geniale scienziato tedesco  che un secolo fa  formulò la nota teoria della relatività, occupandosi perciò di spazio, tempo, massa ed energia pensò allo spazio ed al tempo come ad un “tessuto”, un “continuum” nel quale tutte le cose sono immerse. Una cosa pero’ alquanto diversa dallo spazio assoluto, dove le cose esistono e si muovono in sequenze di tempo assoluti (erano lo spazio ed il tempo come li concepivano Aristotele, Newton e Galileo).  La relatività parla invece di uno spazio-tempo a quattro dimensioni, ove appunto il tempo e’ una dimensione legata alle tre dimensioni classiche dello spazio euclideo- newtoniano, ossia assoluto. Lo spazio di Einstein, lo spazio-tempo,  e’ invece qualcosa di “relativo”, da cui il nome della celebre teoria. Relativo a che cosa? Lo sappiamo tutti: lo spazio – tempo e’ strutturato, e viene “piegato”,  in funzione della massa degli oggetti che vi sono immersi (nel senso che la sua struttura, “incurvata”, subisce gli effetti di una massa in prossimità del Sole lo spazio e’ “piu’ incurvato” che nei pressi della Terra, di massa piu’ piccola). Lo spazio-tempo non e’ una cosa assoluta, anzi si potrebbe quasi dire  che la materia, la sua massa, “crei” lo spazio-tempo”. Ogni oggetto che ha massa, a sua volta, si muove seguendo la curvatura dello spazio. Se una capsula spaziale gira intorno alla Terra, senza mai stancarsi, semplicemente sta seguendo la curvatura data allo spazio proprio dalla Terra, dalla sua massa.  Poeticamente, si potrebbe dice che lo spazio dice alla materia come muoversi, e che la materia (massa) dice allo spazio come curvarsi. Il tempo, intrinsecamente legato allo spazio, subisce poi delle influenze da parte della gravità, la quale gravità non e’ che la curvaturastessa piu’ o meno accentuata dello spazio che percio’ “costringe” i corpi a muoversi..come devono muoversi. Questa e’, in  estrema sintesi ed incompletezza,  quanto dice la parte della teoria della relatività detta “generale”, mentre la relatività “ristretta” o “speciale” si occupa degli effetti detti appunto “relativistici” degli oggetti in movimento in rapporto a massa, tempo e velocità della luce.

Una scoperta sensazionale.

Nel contesto della relatività generale che vi ho molto sommariamente esposto, c’e anche la geniale idea formulata da Einstein ma con tanto di equazioni, della esistenza di “vibrazioni” od “increspature” nello spazio-tempo , delle vere e proprie onde che deformano lo spazio-tempo. Sono le onde gravitazionali! Delle grandi masse in movimento, ad esempio due “buchi meri” o due “stelle di neutroni”, creano queste onde. Tutto crea onde gravitazionali, anche l’esplosione di una stella come supernova, il Sole, la Terra, anche il nostro corpo, ma increspature troppo piccole per essere rilevate. Roba da fantascienza. IN effetti, “Star Trek” e films simili sono pieni di “forti campi gravitazionali perturbati, “tunnel spazio-temporali”, eccetera. Persino nella lirica delle canzoni si parla di questo: “Supererò le correnti gravitazionali….” (Franco Battiato, fissato su queste cose un po’ come me…). Ma il bello e’ che…le onde gravitazionali esistono! Non e’ piu’ fantascienza, ma scienza.
La storia della ricerca delle onde gravitazionali, a conferma della geniale idea teorica, e’ vecchia. Negli anni ’60 del ‘900 ci provo’ un certo John Weber, che mise a punto uno strumento che avrebbe dovuto, almeno lui ci sperava, rilevare le onde gravitazionali che qualche evento violento avrebbe provocato. Non ci riusci’, ma l’idea era comunque buona. Due cilindri, distanti fra loro ben mille chilometri, “i cilindri di Weber” appunto, che avrebbero oscillato con un certo ritardo l’uno rispetto all’altro una volta “stimolati” da onde gravitazionali. La cosa pero’ suscitò il senso di sfida di alcuni “ragazzi della via Panisperna” (quei genietti guidati da Fermi), Amaldi e altri, a fare delle altre prove in merito nei laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e al Cern di Ginevra. Allora pero’ mancavano il “know how” e gli strumenti (e’ il caso di scriverlo..) per fare una simile scoperta. Oggi esistono gli interferometri a laser..ed e’ nata la magia: le onde gravitazionali sono state viste! Esistono davvero, queste vibrazioni che scuotono lo spazio, il tempo e persino noi stessi, “alterando la forma dei corpi” ma in misura chiaramente molto al di sotto del diametro di una particella elementare, e non ci accorgiamo (anche perché pure la luce segue “le onde”, e noi “vediamo dritte”, diciamo cosi’, anche le cose distorte- ma di poco, si badi bene).
La scoperta e’ stata possibile grazie all’uso dei due “interferometri a laser” gemelli americani e di un altro europeo. Il sistema  americano si chiama “Ligo”, abbreviazione che sta per “Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory” (osservatorio interferometrico tramite laser delle onde gravitazionali ), i due osservatori si trovano uno a Washington e l’altro in Louisiana. Il sistema  europeo si chiama invece Virgo e si trova vicino a Pisa. A proposito di Virgo, il coordinatore del team, italiano, che lo gestisce ha chiarito che con questa scoperta delle onde gravitazionali, si sta aprendo una sorta di nuova era per la fisica dell’universo. Infatti, sono passati solo quattro anni dal rilevamento del “bosone di Higgs”- la cosa e’ molto attinente, il bosone di Higgs conferisce massa a tutte le altre particelle….- adesso si e’ visto che ci sono le onde gravitazionali: ma perché questo accadesse, ci e’ voluto (a proposito di onde), uno “tsunami”, generato dal COLLASSO DI DUE BUCHI NERI IN UNO SOLO, avvenuta circa un miliardo di anni fa. Tale e’ forse la distanza di questi oggetti (ah, a proposito: la gravita’ viaggia alla velocità della luce? Forse, non si sa ancora).
Per la fisica comunque questo e’ gia’ un rislutato eccezionale, perche’ oltre ad aver confermato l’esistenza delle onde gravitazionali, ci da’ la prova diretta della esistenza dei buchi neri, risultato di stelle di grande massa che, dopo aver fuso il “combustibile nucleare”, sono collassate al punto da non far uscire nulla dal suo globo, neppure la luce: percio’, “buchi neri”. Ah, la massa dell’unico buco nero formatosi, e’ quella dei due buchi neri precedenti, a meno ovviamente dell’energia dissipata come onde gravitazionali.

 

UN MODO NUOVO DI STUDIARE IL CIELO
Or dunque, oltre all’entusiasmo del momento, quali risvolti, in astronomia ed astrofisica?
Come ho scritto prima, i fisici  si chiedono se le  onde gravitazionali si propagano alla stessa  velocità dell luce, quando poi velocemente si espande l’universo nel suo insieme, cosa succeda alla materia quando e’ pressata nelle stelle di neutroni ed altro ancora. Tutte domande alle quali oggi e’ piu’ possibile dare delle risposte esaurienti, e non solo, pesino idee fantastiche come i “buchi di verme” (woemholes) che si formerebbero nei pressi di un buco nero che “si collegherebbe” ad un altro molto distante,  cari alla fantascienza, sono meno fantatiche e piu’ reali-chiaramente per il loro “utilizzo pratico” ce ne corre, ma qualcosa esiste, non e’ tutto campato in aria. Cone qualcosa di piu’ si potra’ capire anche sulle fantomatiche “stringhe cosmiche”, la materia e l’energia oscura, il destino ultimo- se di ultimo si puo’ parlare…- dell’universo e molto altro ancora.
A d un solo giorno dall’annuncio della scoperta delle onde gravitazionali, si parla gia’ di “astrofisica gravitazionale”, ossia lo studio dell’universo, di certi fenomeni soprattutto, non solo visti e studiati otticamente o con gli altri spettri oltre il visibile- sempre luce e’…- ma studiati con l’osservazione delle onde gravitazionali.  Pensate che bello, in futuro ci sara’ un telescopio ‘gravitazionale’ nello spazio, se ne sta già interessando l’ESA, l’agenzia spaziale europea.  Non solo vedere l’universo grazie ai segnali elettromagnetici, la luce e le altre radiazioni, ma anche “ascoltarlo”, scoprendo anche, grazie alle onde di gravità, anche quello che non si vede
Astrofisica gravitazionale – “Quelle che oggi sono equazioni matematiche – ha rilevato – diventerebbero possibilità e uscirebbero dalla fantascienza”. Le implicazioni sarebbero “enormi”, ha aggiunto: “innanzitutto partirebbe la cosiddetta astrofisica gravitazionale: è importante perché finora tutti i segnali astrofisici noti, come quelli generati da galassie, stelle e pianeti, sono stati studiati in quanto emettono o assorbono luce. Con le onde gravitazionali non ci si limiterebbe a vedere l’universo, ma sarebbe possibile ‘ascoltarlo’ e riuscire in questo modo a studiare tutti i fenomeni e gli oggetti che sono invisibili ai nostri occhi, per quanto amplificati da strumenti potenti.
Sono cose molto belle ed interessanti, ma anche molto impegnative.  A proposito, ora mi guardo Sanremo 🙂
CIAO
Marghian
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