VOCI E DOMANDE DELL’ASTROFISICA

Tutti pazzi per le onde gravitazionali

Con la scoperta delle onde gravitazionali si apre una nuova branca dell’astronomia, l’astronomia gravitazionale. Le onde gravitazionali, al contrario dei fotoni, viaggiano indisturbate nello spazio tempo, attraversando tutto ciò che incontrano: messaggere perfette, dunque, dal Big Bang fino a noi

Immagine simulata di due buchi neri che si scontrano producendo onde gravitazionali. Crediti: The Sxs (Simulating eXtreme Spacetimes) Project – Ligo/Nasa

Esattamente come un sasso in uno stagno perturba lo stato di quiete dell’acqua, le onde gravitazionali riescono a far vibrare il “tessuto” dello spazio-tempo al loro passaggio. Viaggiano alla velocità della luce e sono provocate da fenomeni molto violenti che avvengono nell’universo, come un’esplosione di supernova, o l’unione di due buchi neri o di due stelle di neutroni che, avvicinandosi tra loro, si scontrano fino a formare un buco nero più grande.

Queste increspature sono piccolissime, praticamente impercettibili: la misura di intensità è pari alla millesima parte di un protone. Previste da Einstein nel 1915, sono state rivelate per la prima volta meno di due anni fa, il 14 settembre del 2015, quando alle 10:50:45 due strumenti americani – chiamati interferometri – costruiti con una sensibilità mai raggiunta prima, dopo più di 50 anni di ricerche, sono riusciti a “sentire” per la prima volta nella storia queste vibrazioni.

In quell’occasione, due buchi neri, uno grande 36 volte il Sole e l’altro 29, un miliardo e 300 milioni di anni fa hanno iniziato ad avvicinarsi sempre di più, fino a quando, raggiunta una distanza tra loro di qualche centinaio di km, sono riusciti a raggiungere una velocità vicina a quella della luce. In quell’istante le loro masse, così vicine, hanno iniziato a disturbare lo spazio-tempo. Fondendosi insieme, questi due buchi neri hanno creato un unico buco nero 62 volte più pesante del nostro Sole, riuscendo a sprigionare un’energia così intensa da superare di gran lunga quella emessa da tutte le stelle dell’universo messe insieme. Subito dopo, lo spazio tempo che avvolgeva il nuovo nato buco nero è di nuovo tornato tranquillo, ma le onde provocate da quell’evento, hanno continuato a viaggiare verso di noi fino al 14 settembre 2015 deformando così la Terra per qualche istante e poi nulla più.

La scoperta delle onde gravitazionali ha confermato per l’ennesima volta la validità della Teoria della relatività generale di Einstein, aggiungendo così un nuovo “messaggero” oltre al fotone e al neutrino.

Studi in corso e domande aperte

Con la rivelazione delle onde gravitazionali si apre una nuova branca dell’astronomia, l’astronomia gravitazionale. Le onde gravitazionali, al contrario dei fotoni, viaggiano indisturbate nello spazio tempo, attraversando tutto ciò che incontrano. Grazie a loro abbiamo la possibilità di indagare il nostro universo lontano, capire cosa sia successo durante il Big Bang, studiare cosa accade all’interno degli oggetti celesti, come funziona il loro motore centrale e cosa davvero scatena questi eventi esplosivi.

10 elevato alla -22 metri è la misura dello spostamento dei bracci al passaggio di un onda gravitazionale che Ligo è in grado di rivelare

Riuscire a unire le informazioni che ci arrivano dall’onda gravitazionale con quelle trasportate dai fotoni è il prossimo goal scientifico, sul quale tantissimi scienziati di tutto il mondo stanno lavorando. A partire dalla zona di cielo nella quale, grazie agli interferometri, si individua la provenienza dell’onda gravitazionale, i telescopi dedicati a questo progetto dovranno “scandagliare” quella stessa parte di cielo allo scopo di “vedere” l’oggetto “misterioso” che ha provocato quelle vibrazioni dello spazio-tempo.

Finora tutti i segnali gravitazionali scoperti non hanno portato all’identificazione del corrispondente segnale “elettromagnetico”, ma l’intera comunità scientifica è fiduciosa del fatto che, con il miglioramento della sensibilità degli strumenti da un lato, e con l’aggiunta di più interferometri (quali Virgo in Italia) dall’altro, finalmente si riuscirà in questo intento.

Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica

L’inaf è coinvolto in questa ricerca con il gruppo scientifico Grawita (Gravitational Wave INAF TeAm), dedicato allo studio delle controparti elettromagnetiche delle sorgenti gravitazionali identificate dagli interferometri gravitazionali Ligo-Virgo. Grazie all’utilizzo di numerosi telescopi, il gruppo Grawita sta lavorando fin dal 2015 a fianco della comunità scientifica Ligo-Virgo al fine di individuare le sorgenti responsabili delle onde gravitazionali. Un lavoro, questo, molto difficile e minuzioso, poiché si tratta ogni volta di classificare migliaia di sorgenti tra cui solo una risulterà essere “l’eletta”.


L’autrice: Silvia Piranomonte è ricercatrice Inaf all’Osservatorio astronomico di Roma

Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica.