Le onde gravitazionali: potremo vedere cosa è accaduto durante il Big Bang?
Quali scoperte possono portarci la conoscenza delle onde gravitazionali
di Antonella Ravizza – 06/05/2016
Le onde gravitazionali: potremo vedere cosa è accaduto durante il Big Bang?
Ancora una volta Albert Einstein ha avuto ragione! Nel 1916 Einstein ha previsto per via teorica
lesistenza delle onde gravitazionali che lo scorso 14 settembre 2015 sono state effettivamente
rilevate in modo diretto da due strumenti gemelli Laser Interferometer Gravitational Wave
Observatory (LIGO), negli Stati Uniti a Livingston (in Louisiana) e a Hanford (nello stato di
Washington). I due osservatori hanno registrato larrivo delle onde gravitazionali quasi
contemporaneamente, a distanza di 10 millisecondi luno dallaltro. Questo importante risultato è
stato ottenuto non solo grazie ai dati dei due rilevatori LIGO citati sopra, ma anche alla
collaborazione VIRGO, che fa capo allo European Gravitational Observatory (EGO), fondato
dallIstituto nazionale di fisica nucleare italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese.
Cosa sono le onde gravitazionali?
Secondo la teoria della Relatività Generale di Albert Einstein, la gravità è una manifestazione
della curvatura dello spazio-tempo. Lo spazio-tempo è molto difficile da immaginare, ma potrebbe
assomigliare ad un tessuto a quattro dimensioni, tre spaziali e una temporale. Secondo la Relatività
Generale esso occupa tutto luniverso, viene deformato dai corpi e perturbato da masse in movimento.
Queste perturbazioni sono appunto le onde gravitazionali prodotte quando abbiamo due oggetti che
ruotano uno attorno allaltro e che si avvicinano, accelerando la loro rotazione, fino al punto di
scontrarsi. Anche due persone che dovessero iniziare a ruotare una attorno allaltra genererebbero
delle piccole increspature nello spazio-tempo, ma sarebbero così piccole da essere impercettibili.
La forza della gravità e le onde gravitazionali
La forza di gravità è una forza molto debole, quindi per produrre delle increspature abbastanza
grandi da essere rilevate occorrono masse molto massicce, come stelle o buchi neri, che ruotino
molto velocemente luno attorno allaltro. Questo succede perché la massa curva lo spazio-tempo,
come succede quando posizioniamo un oggetto su un lenzuolo teso. Se la materia è in movimento,
allora ci aspettiamo una perturbazione oscillatoria dello spazio-tempo, come le onde che si formano
in uno stagno quando un oggetto si sposta in esso. Queste perturbazioni nello spazio-tempo sono
chiamate onde gravitazionali: esse viaggiano alla velocità della luce e interagiscono in modo
trascurabile con la materia che incontrano. Il problema è misurarle, perché se trovassimo anche un
metro per poter misurare queste deformazioni dello spazio-tempo, anche il metro subirebbe la deformazione.
La velocità della luce e le onde gravitazionali
Lunico metro che non subisce dilatazioni è la velocità della luce. Se lo spazio si dilata o si
accorcia, la luce impiega più o meno tempo a percorrerlo ed è su questo che hanno lavorato i due
laboratori LIGO e VIRGO. Questi infatti sono speciali rilevatori costituiti da tunnel lunghi quattro
km (LIGO) o tre km (VIRGO) al cui interno sono fatti propagare fasci laser, riflessi da specchi per
allungarne il percorso, e quindi ricombinati a formare una figura di interferenza. Quando unonda
gravitazionale attraversa linterferometro produce una variazione nella lunghezza dei bracci: uno si
allunga mentre laltro si accorcia. Queste variazioni di lunghezza, che sono molto più piccole del
diametro del nucleo di un atomo, producono uno sfasamento della luce laser che viene osservato dal
rivelatore. La cosa che stupisce molto è che probabilmente siamo immersi in un mare di onde
gravitazionali, dovute a fenomeni presenti nella nostra galassia e nelluniverso, ma è molto difficile misurarle, perché servirebbero strumenti molto precisi.
Onde gravitazionali: facciamo un esempio pratico
Facciamo un piccolo esempio per capire di che numeri stiamo parlando: unonda gravitazionale che
dovesse passare attraverso il nostro corpo lo potrebbe allungare o accorciare di 0,000000000000001
metri, e più ci si allontana dalla sorgente e più le onde si indeboliscono, esattamente come avviene
con le increspature di un sasso che cade in uno stagno. Le onde gravitazionali rivelate sono state
prodotte nellultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa
equivalente a circa 29 e 36 masse solari, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62
masse solari: le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono allenergia emessa
durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali. I due buchi
neri, prima di fondersi, hanno spiraleggiato, per poi scontrarsi a una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce.
Perché la scoperta ha destato così scalpore nel mondo della scienza? Ecco la risposta: perché con
esse si potrebbero studiare fenomeni non visibili con altri strumenti, addirittura si potrebbe
studiare il Big Bang. La luce e le altre radiazioni iniziarono ad emergere solo 300000 anni dopo il
Big Bang, ma con le onde gravitazionali si potrebbe andare molto vicini alla grande esplosione e capire cose che oggi neppure immaginiamo!
Relatività Generale e Teoria della Gravitazione >>> http://goo.gl/pJqixb Maurizio Gasperini
http://www.macrolibrarsi.it/libri/__relativita-generale-e-teoria-della-gravitazione.php?pn=1567
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