Onde gravitazionali: cosa sono?

A 100 anni di distanza dalle previsioni di Albert Einstein, e dopo decenni di ricerca, ieri è stato dato lo storico annuncio della prima rilevazione certa di onde gravitazionali! Due buchi neri sono entrati in collisione e fondendosi ne hanno creato uno nuovo. È successo in pochi istanti: un buco nero di 36 masse solari e uno di 29 masse solari insieme hanno creato un nuovo buco nero di 62 masse solari.

L'evento è stato misurato per la prima volta ed è successo a 1.3 miliardi di anni luce da noi.

Si tratta di un'impresa epocale che ci apre nuove finestre verso l'universo, dandoci la possibilità di analizzare in dettaglio alcuni dei fenomeni più estremi conosciuti: come la collisione tra buchi neri o stelle a neutroni, l'esplosione di stelle super-massicce e il Big Bang stesso. 

Ma cosa sono davvero le onde gravitazionali? Come ci insegna la relatività, lo spazio ed il tempo sono legati tra loro, e ogni oggetto con massa piega lo spaziotempo creando una curvatura intorno a sé. Più la massa è grande, più lo sarà anche la piega che crea. 

Ma questo è solo l'inizio, perché una delle previsioni più estreme della relatività consiste nel fatto che quando si prende un oggetto dalla massa considerevole e lo si accelera, questo muovendosi creerà onde nello spaziotempo – come fosse sull'acqua -, facendo accorciare e allungare l'intero universo.

In particolare con una serie di interferometri laser (LIGO sta infatti per laser interferometer gravitational-wave observatory). Alla fine di due bracci lunghi 4 km vengono posizionati specchi su cui si fanno rimbalzare ben 400 volte fasci laser. Dato che i due bracci sono ad un angolo di 90°, l'onda che li attraversa accorcerà un lato e allungherà l'altro. Grazie ai laser siamo poi in grado di misurare con precisione se la luce ha impiegato tempi diversi dal previsto mentre veniva fatta rimbalzare! 

Sembra facile perché il principio di base lo è, ma riuscire a togliere qualsiasi altro rumore possibile è stata una delle cose più difficili mai fatte dall'umanità.

Tornando alla rilevazione fatta il 14 settembre 2015 ed annunciata ieri, se fate bene i conti, vedrete che 36 + 29 non fa 62. Tre masse solari mancano! In realtà si tratta proprio della massa convertita in energia dalla collisione dei due buchi neri, e trasmessa come onde gravitazionali! 

Questo è il caso più estremo e migliore in cui abbiamo mai testato la relatività di Einstein, e funziona come previsto! 

Quindi cosa possiamo aspettarci? Prima di tutto, immaginate cosa poteva aspettarsi Galileo quando ha iniziato a puntare il telescopio verso il cielo… Non si sarebbe mai immaginato a cosa avrebbe portato la sua rivoluzione tecnica. Così nel nostro caso con le onde gravitazionali. Sicuramente ci permetteranno di avere dettagli nuovi sul modo in cui i buchi neri si comportano e su com'è fatto il nostro universo. Usandoli per misurare con precisione distanze molto grandi potremo anche avere nuovi calcoli per l'energia oscura e la materia oscura, e capire qualcosa di più sulla nascita ed evoluzione dell'intero universo! 

Per finire, questa scoperta è arrivata dopo decenni di durissimo lavoro da parte di centinaia di scienziati di tutto il mondo, e per tanto tempo nessuno credeva fosse possibile. È una grande dimostrazione di come se ci mettiamo d'impegno possiamo fare cose straordinarie. Persino fantascientifiche.

Testi di Adrian Fartade