Immagine Header

ONDE GRAVITAZIONALI: Parafrasando la scoperta. Parte1 – Le Origini

E’ di metà Febbraio 2016 l’annuncio della rilevazione delle onde gravitazionali. La prima conferma diretta della loro esistenza.

Essa è stata ottenuta attraverso misure di variazioni di distanza dell’ordine del miliardesimo di nanometri , confrontabili con lo spostamento di un protone all’interno di un nucleo atomico.
 
Diamo un paio di numeri:
- 1 nanometro, che è un milionesimo di millimetro, è dieci alla meno 9 metri; quindi le misure effettuate sono dell’ordine di dieci alla meno 18 m;
- si pensi che il raggio di un atomo è dell’ordine di dieci alla meno dieci mentre il raggio di un nucleo è dell’ordine di dieci alla meno 15 m.

Vediamo innanzitutto cosa sono le onde gravitazionali: perturbazioni che si propagano dello spazio-tempo, più precisamente della curvatura dello spazio-tempo.

Un po’ di teoria: premesse
Lo spazio-tempo:
Dalle relatività ristretta e generale di Einstein, la luce si propaga nel vuoto con velocità c in tutti i sistemi di riferimento. Facendo i conti questo ha come conseguenza un legame più stretto dello spazio con il tempo, che si fondono in un unico concetto: lo spazio-tempo. Noi siamo abituati a muoverci in uno spazio immerso in un tempo che scorre regolare sempre allo stesso modo. Per lo spazio-tempo non è più così. Il tempo può scorrere più o meno velocemente per oggetti con velocità diverse e pure le distanze tra due punti possono dilatarsi o restringersi. Gli effetti sono tanto più notabili quanto più alte sono le velocità.
E solo particelle prive di massa possono raggiungere la velocità della luce. Un esempio sono appunto i fotoni che compongono la luce.
Video ” La relatività – di Piero Angela”


La massa deforma lo spazio-tempo . Si può pensare allo spazio-tempo come a un telo teso. Esso è piatto, ma se si appoggia sopra una pallina di piombo, il telo si incurva per la presenza di essa.
La forza gravitazionale è in realtà come percepiamo la curvatura dello spazio-tempo, “curvato” a causa della massa di un oggetto.
Video “La teoria della Relatività in due minuti -La Stampa”

 
Movimenti bruschi di masse originano le onde gravitazionali. Pensiamo infatti allo spazio tempo come all’acqua di un lago. Una pietra che vi cade dentro crea delle perturbazioni che si propagano. Quello che è differente e sorprendente è che nel caso reale della pietra in acqua le onde si propagano nello spazio-tempo, mentre nel caso delle onde gravitazionali sono onde di spazio-tempo.

Ad ogni modo, affinché gli effetti siano percettibili servono masse enormi che subiscano spostamenti improvvisi. Sono buone sorgenti di onde gravitazionali le esplosioni cosmiche e i sistemi binari di stelle massicce, meglio ancora se sono sistemi binari di buchi neri. In effetti le onde gravitazionali scoperte in modo diretto derivano proprio da un sistema binario di buchi neri, aventi massa di 29 e 36 volte la massa del Sole, che già pesa 333.000 pianeti come la Terra! Va notato che ciascuna di queste due masse aveva un diametro di appena qualche centinaia di kilometri. Si noti quindi l’estrema densità di materia che è caratteristica dei buchi neri: è come se tutta la massa della Terra fosse concentrata in una pallina da golf.



La teoria dice che, roteando, il sistema dei due buchi neri perde energia, e così i due corpi si avvicinano sempre più e roteano sempre più velocemente. Fino a fondersi in un unico buco nero; ed in effetti è quello che è successo anche in questo caso. Il buco nero finale aveva però una massa di 62 masse solare. 3 masse solari erano andate perdute, sotto forma di energia. Ed è proprio quest’energia che va persa dal sistema che si traduce in onde gravitazionali che poi si propagano nell’universo.

C’è da dire che il premio nobel 1993 assegnato a Russel A. Hulse e Joseph H.Taylor, era per aver calcolato la perdita di energia di un sistema binario di due pulsar (stelle di neutroni, anch’esse molto dense e massive) e aver trovato che corrispondeva alla perdita prevista dalla relatività generale per la formazione delle onde gravitazionali. Quindi si sapeva che le onde gravitazionali esistono.
La novità della scoperta confermata a Febbraio 2016 è che per la prima volta è stato possibile vederne gli effetti.

Ecco, che cosa succede quando un’onda gravitazionale incontra un corpo?
Quando un’increspatura dello spazio -tempo si propaga e incontra due oggetti, o due parti di un oggetto molto esteso, fa variare la distanza rispetto a quella che avevano in caso di spazio tempo imperturbato.

C’è però un problema: le onde gravitazionali sono debolissime come anche i loro effetti. Quindi, concretamente, come è stato possibile rilevarle?

Con strumenti all’avanguardia ed una buona modellizzazione; entrambi gli aspetti, che hanno del sorprendente, sono stati sviluppati grazie alla partecipazione di centinaia di cervelli di tutto il mondo.

Ma di questo ne parleremo la prossima settimana…

Shake your mind!