Onde gravitazionali, perché tanto rumore?

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Quella di questi giorni è una notizia che stranamente ha avuto una grande risonanza mediatica, cosa molto molto rara per una notizia di questo genere; forse anche perché è una buona notizie e per qualche strano accordo sul, telegiornale possono comparire solo notizie di morti, attentati e crisi economica.

Ma stavolta c’è stata un’eccezione e ne hanno parlato anche al tg, ma ovviamente c’è l’inghippo: ne hanno parlato poco e male. Il fatto però ha due facce, una positiva e una negativa: il lato positivo è che la gente sa di questa cosa adesso e forse sarà stimolato ad approfondire l’argomento magari sul web; il lato negativo è ovviamente la disinformazione. Comunque siamo qui (e non siamo i soli) per cercare di far un po’ di chiarezza e approfondire un po’ questo argomento.

L’11 febbraio di quest’anno molto probabilmente entrerà negli annali della ricerca scientifica come il primo passo verso un nuovo modo di osservare il cielo. Le onde gravitazionali sono delle deformazioni dello spazio intorno a noi. Ogni massa, diceva il buon vecchio Alberto, deforma lo spazio intorno a sé, facendo un sacco di casini tipo: far orbitare le cose, far cadere le cose, etc. in pratica genera la forza di gravità.

barca lago

Giusto per fare un po’ di chiarezza

 

Finché una massa è ferma, deforma lo spazio per conto suo e non dà fastidio a nessuno, ma se la massa è accelerata genera delle deformazioni nello spazio che si propagano in giro (come una barca che va lungo un lago tranquillo).

 

 

Però piano un secondo: che diavolo significa deformare lo spazio? Immaginate di essere dei fantasmi, osservatori esterni al nostro universo che non risentono di nulla di ciò che succede in questo mondo. In queste condizioni se guardaste dritti davanti a voi il monitor del pc, (esagero di qualche decina di ordini di grandezza il fenomeno) lo vedreste deformarsi continuamente: prima più largo, poi più lungo. Strano vero? Però vi accorgereste delle deformazioni se voi vi deformaste esattamente allo stesso modo? La risposta è no ed è per questo che centinaia di scienziati hanno dovuto imprecare in varie lingue per trovarle. Per questo e anche per il fatto che le deformazioni sono dell’ordine 10-19 metri… a numeri rende poco l’idea però; è come se dovessi misurare la distanza tra la Terra e la stella più vicina dopo il Sole con lo scarto di un capello umano. Non so se rendo l’idea. Siamo stati molto bravi.

Ma perché proprio ora sono state trovate? Infondo l’interferometro è attivo già da un po’. Prima ho detto che ogni massa accelerata produce onde gravitazionali, ma noi non riusciamo a misurare quelle prodotte da corpi troppo piccoli, come per esempio i pianeti del sistema solare. Abbiamo dovuto aspettare che due colossi da 30 masse solari, ovvero due buchi neri, si scontrassero. Questi si sono fusi, ma il buco nero risultante è un po’ meno massivo della somma dei due generatori. Come sappiamo sempre grazie ad Einstein, la massa mancante è diventata energia e in questo caso onde gravitazionali. La massa mancante è enorme: 3 masse solari. Questo scontro è avvenuto circa 1 miliardo di anni fa ma dato che le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce (si, loro possono, hanno pagato i diritti ai fotoni) ci sono arrivate solo oggi
in realtà il segnale è arrivato il 14 settembre dello scorso anno, ma queste cose necessitano di molto tempo per tutti i controlli; non vorremmo sparare qualche cavolata (koff koff neutrini più veloci della luce koff koff).
Quindi noi siamo immersi nelle onde gravitazionali ma sono troppo deboli affinché ce ne rendiamo conto, quando però avvengono questi eventi, non proprio delicati, esse sono così intense da essere rilevabili.

Fino ad ora ho parlato di distorsioni dello spazio, ma in realtà spazio e tempo sono legati e dove si piega uno di solito si piega anche l’altro, quindi queste onde in realtà cambiano anche lo scorrere del tempo. Questo è un concetto molto poco intuitivo e ci vuole una matematica bella ignorante per capirlo appieno ma è una gran figata quindi è giusto che lo sappiate.

L’apparato sperimentale che ha permesso questa scoperta esisteva già, in linea di principio, nel 1887, ma ci abbiamo messo quasi 130 anni per affinarlo a tal punto da renderlo in grado di captare queste onde.

interferometroQuesto apparato sperimentale, chiamato interferometro, è abbastanza semplice. Un laser parte e va contro uno specchio semiriflettente che lo divide in due fasci di minore intensità. Essi viaggiano perpendicolari tra loro in linea retta, in un tubo sotto vuoto, per molte volte, avanti e indietro. Alla fine dopo che hanno fatto entrambi esattamente la stessa strada, si ricongiungono in un unico fascio, rilevato da un computer che analizza i dati. Se i bracci dell’interferometro sono uguali e tutto è andato come doveva si dovrebbe formare una certa figura di interferenza. Ma se in quel momento passa di là, tutta tronfia, un’onda gravitazionale abbastanza intensa essa deformerà i due bracci dell’interferometro, ma non lo farà allo stesso modo con entrambi. Quindi la luce percorrerà spazi differenti e quando si ricongiungeranno i due fasci saranno sfasati e non formeranno la figura di interferenza che devono. Ora, capite che dovendo misurare variazioni piccole come le più piccole particelle elementari anche lo starnuto di un piccione a Modena può dar fastidio all’interferometro che si trova nel nordovest degli Stati Uniti D’America, quindi LIGO (così si chiama

LIGO

Non proprio piccolino

l’interferometro) ha un accurato sistema di isolamento sismico basato su pendoli e pistoni e un isolamento termico davvero eccezionale. Ma per misure così precise spesso le correzioni di questo tipo non sono sufficienti; quindi un’unità di calcolo analizza e esclude dai risultati uno ad uno tutti i rumori e le imprecisioni, fornendo un risultato pressappoco perfetto. C’è anche da dire che questa bellezza è costata 360 milioni di dollari quindi è giusto che faccia il suo lavoro a dovere.

 

 

360 milioni di pagnotte non sono poche, quindi facciamo chiarezza sul perché questa ricerca è così importante e in profumo di Nobel (lo stanno dicendo tutti, per me gliela stiamo tirando).

  1. È un’ennesima conferma della relatività di Einstein, il che non fa mai male. Sono 100 anni che questa teoria viene continuamente confermata quindi sappiamo che è corretta e ci dà un’intima conoscenza della natura dello spazio-tempo. Questo è molto importante per la teoria delle stringhe che approfondiremo a breve in un articolo.
  2. È la prima osservazione diretta di un buco nero (anzi due per la precisione); i buchi neri sono per l’appunto… neri quindi non emettono nulla e non si vedono con i telescopi. Possiamo capire dove sono, solo attraverso le loro interazioni gravitazionali con i corpi circostanti. Invece questa volta hanno emesso qualcosa e noi abbiamo osservato direttamente qualcosa che è venuto direttamente da loro.
  3.  La più importante. In pratica stiamo inventando di nuovo il telescopio. È come se fino ad ora fossimo stati sordi e avessimo ignorato tutti i rumori che l’universo produceva. Ora non solo potremmo vedere i corpi celesti con telescopi sempre più potenti ma potremmo sentire i movimenti dei corpi celesti più massicci. Sarà un nuovo modo di fare astronomia. Gli attuali interferometri non sono abbastanza precisi per questo scopo ma migliorandoli ancora (progetto LISA) potremmo fare delle vere e proprie osservazioni nel campo delle onde gravitazionali. E le onde gravitazionali non sono come la luce che può essere assorbita da un po’ di polvere o da una nebulosa, no, le onde gravitazionali passano tutto, non gliene frega niente di nessuno. Loro sì che si fanno rispettare, non come i fotoni.

Spero di aver fatto un po’ di chiarezza su questa meravigliosa scoperta. E voglio lasciarvi con una piccola riflessione. Spesso si dice che queste ricerche sono inutili e non hanno nessun riscontro pratico. Ciò è innegabile, ma solo a breve termine. All’inizio del 1900 un tizio disse che la luce si comporta sia come un’onda che come una particella. Informazione inutile alla vita di tutti i giorni vero? Beh grazie a quest’informazione tu hai il telefono, la televisione, quella scatola luminosa dentro cui guardi tutto il giorno e che stai fissando anche adesso, i videogiochi (Dio li benedica), i robot delle fabbriche, i LED e praticamente tutto ciò che funziona attraverso l’elettronica. Pensateci.

onde gravitazionali

Non possiamo fotografarle, ma eccovi una rappresentazione grafica 3D; figata proprio!

2 thoughts on “Onde gravitazionali, perché tanto rumore?

  1. Grazie mille, finalmente ho capito questa parte della fisica. Molto interessante questo blog, non sono d’accordo su alcune vostre affermazioni però ottimo articolo questo!

    • Mattia Recchi il said:

      ti ringrazio, siamo ancora piccoli e ogni consiglio ci sarà utile per crescere.
      comunque mi piacerebbe sapere su cosa sei in disaccordo, è sempre bello un confronto civile.