Onde gravitazionali, che cosa sono?

In due conferenze stampa in contemporanea organizzate a Washington (Stati Uniti) e a Cascina (Italia), i ricercatori degli esperimenti LIGO (Stati Uniti) e VIRGO (Europa) hanno annunciato di avere rilevato e verificato l’esistenza delle “onde gravitazionali”, una scoperta fondamentale per la fisica e che probabilmente varrà il Nobel ai suoi autori.

Furono ipotizzate per la prima volta da Albert Einstein un secolo fa come conseguenza della sua teoria della relatività generale e per decenni gli scienziati hanno cercato indizi di vario tipo per dimostrarne l’esistenza, ma finora i loro tentativi erano stati viziati da interferenze di vario tipo e dalla mancanza di strumentazioni sensibili a sufficienza. Ma cosa sono esattamente queste onde gravitazionali?

L'onda gravitazionale è un'increspatura nel tessuto dello spazio-tempo. Immaginiamo che lo spazio sia un gigantesco tappeto di gomma: gli oggetti dotati di massa deformano il tappeto, come ad esempio una palla da bowling che viene lasciata cadere su un trampolino elastico; più la massa è grande e più lo spazio è incurvato e deformato per effetto della gravità.

Per esempio, la ragione per la quale la Terra gira intorno al Sole è che il Sole è molto massiccio, il che provoca una grande deformazione dello spazio intorno ad esso. Se provassimo a muoverci in linea retta intorno a una deformazione, ci troveremmo in pratica a girare in tondo.

Così funzionano le orbite: non c'è una vera forza che trattiene i pianeti in circolo, c'è solo la curvatura dello spazio.

Le onde gravitazionali sono prodotte ogni volta che delle masse accelerano, modificando la deformazione dello spazio. Qualunque oggetto dotato di massa e/o energia può generare onde gravitazionali. Tuttavia, siccome la gravità è molto debole rispetto alle altre forza nell'universo, occorrono oggetti molto massicci che si muovono molto velocemente per produrre delle increspature abbastanza grandi da essere rilevate. Ma come si fa a rivelare un'increspatura dello spazio?

Grazie alla velocità della luce. Se lo spazio tra due punti si dilata, allora la luce impiega più tempo per andare da un punto all'altro; se invece lo spazio si restringe, la luce ci mette meno tempo per andare da un punto all'altro.

Ed è proprio qui che interviene l'esperimento LIGO (osservatorio interferometro a laser per onde gravitazionali) il quale è riuscito a misurare in maniera molto precisa la dilatazione e il restringimento dello spazio misurando l'interferenza tra i fasci laser che sono riflessi da un'estremità all'altra.

L'effetto di un'onda gravitazionale si confonde talmente facilmente con il rumore di fondo che c'è bisogno di una tecnica raffinata per analizzare i dati.

Gli scienziati sperano d'identificare le caratteristiche delle onde gravitazionali confrontando le ondulazioni che misurano nell'esperimento con le ondulazioni che si aspettano dalle onde gravitazionali. E' un po' come se provassimo a riconoscere una canzone canticchiata ad un concerto.

Rivelare le onde gravitazionali è estremamente importante perché ci permetterebbe di studiare e osservare l'universo in un modo completamente nuovo, scoprendo e cercando cose nuove che non sapevamo che esistessero e testando le teoria su come funziona l'universo.

Monica Hernandez