Onde gravitazionali alla portata di tutti

di Elisa Nichelli  [media.inaf]

È la notizia del giorno, nonché la scoperta del secolo: l’esperimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ha effettuato la prima osservazione diretta di onde gravitazionali. Ma cosa sono, come vengono emesse e da quali tipi di sorgenti? Un approfondimento per farvi un’idea più chiara su questi segnali cosmici sfuggenti

Se le divisioni a due cifre vi spaventano, magari questo approfondimento non fa per voi, ma se volete farvi un’idea un po’ più precisa dei fenomeni e delle cifre in ballo nella storica scoperta di oggi, allacciate le cinture e partiamo.

La teoria della relatività generale, formulata da Albert Einstein un secolo fa, afferma che il tessuto spazio-temporale viene deformato da qualunque oggetto che abbia massa. Maggiore è la massa dell’oggetto, maggiore sarà la deformazione. Una delle previsioni più affascinanti della teoria di Einstein è che accelerando una massa, in condizioni di assenza di particolari simmetrie nel sistema, si provoca un’increspatura nel tessuto spazio-temporale, e che questa increspatura si propaga sotto forma di onde gravitazionali.

Quando un’onda gravitazionale passa tra la sorgente e l’osservatore, lo spazio-tempo che li separa viene deformato e, in prima approssimazione, si allunga e si contrae ritmicamente. L’intensità di questo effetto diminuisce all’aumentare della distanza della sorgente, tanto che, anche immaginando di osservare due oggetti molto massicci che spiraleggiano uno verso l’altro, le enormi distanze che li separano da noi portano le stime a deformazioni dell’ordine di una parte su 1020. A peggiorare le possibilità di rilevazione c’è anche il fatto che, per poterli catturare, questi debolissimi segnali devono riuscire a emergere da un intenso rumore di fondo. Per questo motivo la conferma empirica dell’esistenza delle onde gravitazionali è rimasta a lungo lontana dalle nostre possibilità tecniche (per un approfondimento ulteriore, si consiglia la lettura dell’intervista ad Andrea Possenti dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Cagliari).

Nel corso degli ultimi decenni sono state tuttavia raccolte numerose prove indirette dell’emissione di onde gravitazionali da parte di una serie di corpi celesti. Uno dei test più significativi è lo studio dell’evoluzione dei sistemi binari di oggetti compatti, come ad esempio due pulsar (ovvero stelle di neutroni) in rotazione attorno a un centro di massa comune. La relatività generale prevede infatti che sistemi di questo tipo spiraleggino verso la fusione dei due oggetti, e che l’evoluzione dei loro parametri orbitali debba tener conto dell’emissione di onde gravitazionali.

Nel 1993 il Nobel per la Fisica è stato assegnato a Russell Hulse e Joseph Taylor per la scoperta di PSR B1913+16, il sistema di due pulsar che ha permesso di verificare con precisione estrema le previsioni della relatività generale, raggiungendo un limite di confidenza pari al 99.8%. Nel 2003, la scoperta di PSR J0737-3039, un sistema simile ma molto più estremo, da parte di un team internazionale guidato da Marta Burgay dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Cagliari ha condotto a battere ogni record precedente. L’eccezionalità di questo sistema risiede nel fatto che le due stelle si trovano più vicine rispetto al caso di PSR B1913+16, che stiamo osservando l’orbita quasi perfettamente di taglio, e che siamo stati in grado di captare il segnale da entrambe le pulsar. Tutte queste caratteristiche hanno permesso di testare la relatività generale arrivando a un livello di confidenza pari al 99.95%.

fonte: Media.inaf.it