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Le onde gravitazionali sono la scoperta scientifica del 2016

onde gravitazionaliROMA – La scoperta delle onde gravitazionali è stata eletta svolta scientifica del 2016.
La rivista Science ha assegnato la sua massima onorificenza annuale agli scienziati che hanno costruito e utilizzano il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
La scoperta di increspature nello spazio-tempo (le onde gravitazionali) ha scosso il mondo scientifico lo scorso febbraio, conclusione di uno sforzo di 40 anni per individuare le increspature infinitesimali.
In realtà, per gli scienziati non è una fine, ma la nascita di un nuovo campo: l’astronomia delle onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali ipotizzate da Albert Einstein

La teoria della relatività generale di Albert Einstein suggerisce, tra le altre cose, che le masse nello Spazio distorcono la geometria dello spazio-tempo.
Inoltre, oggetti in movimento emettono onde di radiazione gravitazionale che propagano l’energia nello spazio.
Le equazioni di Einstein hanno dimostrato che le onde gravitazionali dovrebbero essere generate dall’accelerazione di oggetti voluminosi (drammatici o catastrofici eventi – come esplosioni di supernove e fusioni buchi neri -dovrebbero produrre onde più forti).

Queste distorsioni nello spazio-tempo poi si irradiano verso l’esterno alla velocità della luce.
La teoria sull’esistenza delle onde gravitazionali è stata formulata da Einstein nel 1915
Eesattamente un secolo dopo, gli scienziati hanno confermato l’esistenza delle onde gravitazionali.

La scoperta delle onde gravitazionali

Una collisione tra due buchi neri avvenuta 1 miliardo di anni fa ha dato vita al primo segnale di onde gravitazionali rilevato per la prima volta dal genere umano.
A captarlo è stato LIGO, lo strumento statunitense che da anni cerca di individuare tracce di queste importantissime oscillazioni spazio-temporali, il 14 settembre 2015 alle 10, 50 minuti 45 secondi (ora italiana), all’interno di una finestra di appena 10 millisecondi.
Il segnale è stato poi analizzato in collaborazione con Virgo, rivelatore interferometrico di onde gravitazionali situato nel comune di Cascina (PI) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), confermando la teoria di Albert Einstein ipotizzata esattamente un secolo fa.
Si spalanca letteralmente una nuova finestra sull’universo,  un capitolo fondamentale per il genere umano.

I due buchi neri che hanno prodotto l’onda facevano parte di un sistema binario e “Avevano una massa rispettivamente di 36 e 29 volte superiore a quella del Sole” ha spiegato all’ANSA il coordinatore della collaborazione Virgo, Fulvio Ricci. “Si sono avvicinati ad una velocità impressionante, vicina a quella della luce. Più si avvicinavano, più il segnale diventava ampio e frequente, come un sibilo acuto; quindi è avvenuta la collisione, un gigantesco scontro dal quale si è formato un unico buco nero. La sua massa è la somma di quelle dei due buchi neri, ad eccezione della quantità liberata sotto forma di onde gravitazionali”.

Cosa sono le onde gravitazionali?

Le onde gravitazionali, nel loro senso più elementare, sono increspature nello spazio-tempo generate da un qualsiasi oggetto cosmico massiccio che sperimenta una sorta di accelerazione.

Per spiegare il loro comportamento, prendiamo in prestito le immagini pubblicate su Einstein Online.

Considerate delle particelle alla deriva nello spazio, lontano da qualsiasi fonte di gravità.
Immaginate che le particelle (rosse) sono disposte in un cerchio intorno ad un centro (evidenziato in nero):

onde gravitazionali

Se un’onda gravitazionale dovesse passare, le distanze tra queste particelle cambierebbero ritmicamente ritmicamente come segue:

onde gravitazionali

Quando il cerchio è allungato in direzione verticale, viene compresso in direzione orizzontale, e viceversa. Questo è la cosiddetta quadrupla distorsione delle onde gravitazionali.

Per “vedere” il reale comportamento dell’intera onda dobbiamo aggiungere la terza dimensione dello spazio.

onde gravitazionali

Questa è la versione statica delle particelle.
Ricordate che né le linee né la superficie biancastra sono fisiche, ma aiutano a capire il comportamento delle onde sulle particelle.
Adesso vediamo cosa accade alle particelle con l’effetto delle onde gravitazionali.

onde gravitazionali

Questo, dunque, è quello che i cacciatori di onde gravitazionali stanno cercando.

L’animazione mostra un tipo di onde gravitazionali semplice.
Segnali più realistici, che contengono informazioni sull’unione di buchi neri o il movimento di massa della materia all’interno di una supernova, sono molto, molto più complicati.

Le onde gravitazionali potrebbero diventare i migliori amici degli astronomi, trasportando informazioni sul cosmo che è difficile o addirittura impossibile ottenere in altro modo.

Non interagendo con la materia (a differenza della radiazione elettromagnetica), viaggiano attraverso l’universo completamente senza impedimenti, dandoci una visione cristallina del cosmo.

LIGO
ligo

LIGO è un insieme di due identici rilevatori supersensibili che i ricercatori hanno costruito a Livingston, Louisiana e a Hanford, Washington per raccogliere i piccoli movimenti di spazio-tempo causati dalle onde gravitazionali che raggiungono la Terra.

Ogni LIGO ospita un interferometro di Michelson, un gigantesco tunnel vuoto a forma di L, lungo 4 km per lato, alle cui estremità si trovano degli specchi sospesi, in grado di percerpire le piccolissime vibrazioni delle onde.

Con questo modo completamente nuovo di esaminare oggetti e fenomeni astrofisici, le onde gravitazionali apriranno realmente una nuova finestra sull’universo, fornendo agli astronomi e ad altri scienziati i primi scorci di meraviglie inedite e mai viste, aggiungendo davvero molto alla nostra comprensione della natura dello spazio e del tempo stesso.


Per capire meglio, ecco un simpatico fumetto realzzato dall’italiano Umberto Cannella, insegnante e divulgatore scientifico presso l’agenzia spaziale svizzera, in collaborazione con Daniel Whiteson e Jorge Chan.
PHD COMICS

ONDE GRAVITAZIONALI