"Finalmente sono cresciute le orecchie"

La teoria della relatività formulata da Albert Einstein, prima nella sua versione ristretta e poi in quella generale, ha modificato profondamente la teoria della relatività galileiana e ha cambiato il nostro concetto di tempo e di spazio. Per quanto sorprendenti, le previsioni di Einstein hanno ottenuto numerose conferme. Einstein formulò una nuova teoria della relatività basata su due principi: il primo è che le leggi della fisica non cambiano quando si passa da un riferimento inerziale a un altro; il secondo è che la velocità della luce nel vuoto, indicata con c, è la stessa per qualsiasi osservatore, fermo o in movimento, è indipendente dalla velocità della sorgente ed è la massima velocità raggiungibile. Le conseguenze di questa affermazione hanno cambiato radicalmente i nostri concetti di tempo e spazio. 

Nel corso di due conferenze stampa svoltesi simultaneamente l’11 febbraio 2016 a Washington, presso il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), e a Cascina, in provincia di Pisa, presso l’European Gravitational Observatory (EGO), è stata annunciata la scoperta, per la prima volta nella storia, delle onde gravitazionali teorizzate da Albert Einstein nel 1915.

"Siamo riusciti a individuare le onde gravitazionali, ce l'abbiamo fatta", ha riferito David Reitze, direttore esecutivo del Ligo, confermando che si tratta esattamente di quanto ipotizzato da Einstein nella sua teoria della relatività, di cui nel 2015 si è celebrato il centenario.

Anche se tutti gli aspetti fondamentali di questa teoria, tra cui l’equivalenza massa-energia, erano stati finora dimostrati, solo ora è possibile affermare con prove certe l'attendibilità relativa all'esistenza di onde gravitazionali.

Secondo l'ipotesi dello scienziato tedesco, la gravità è dovuta alla curvatura dello spazio-tempo generata dalla massa, e ogni spostamento di un qualsiasi corpo dotato di massa causerebbe queste onde. Le onde gravitazionali sono quindi increspature nello spazio-tempo, come quelle di una pietra lanciata in uno stagno, risultanti però dall’accelerazione nello spazio di oggetti dalle dimensioni enormi.

Ogni volta che ci alziamo dal letto, che camminiamo, che spostiamo un oggetto, produciamo onde gravitazionali, ma più un evento è di vasta portata, più grandi sono le onde gravitazionali che produce. Le onde attraversano dunque la Terra continuamente, ma non è possibile notare la loro azione di distorsione dello spazio intorno a noi, perché al momento del loro arrivo le loro vibrazioni sono di grandezza infinitesimale.

Eventi come il Big Bang o la formazione di buchi neri, ad esempio, sono in grado di generare onde gravitazionali di una straordinaria portata energetica, ma nonostante l’enormità di questi eventi, le variazioni causate dalle vibrazioni sono inferiori alle dimensioni di un atomo.

Le onde rilevate dal team di scienziati sono invece il risultato della collisione avvenuta 1,3 miliardi di anni fa tra due buchi neri.

I due oggetti erano di dimensioni così notevoli che l'interazione delle loro gravità distorse lo spazio e il tempo che li circondava come uno specchio deformante.

Ora, per la prima volta, queste onde minuscole generate da eventi di questa portata sono state rilevate, e i fisici sono già concordi nel considerare l’evento una delle più grandi scoperte del secolo.

La scoperta spalanca infatti le porte a un nuovo modo di studiare l'universo e i suoi fenomeni: fino a oggi, infatti, sono stati osservati solo i segnali che le stelle, le galassie e i pianeti hanno emesso nell'universo. Le onde gravitazionali, invece, possono permettere agli studiosi di capire se esistono realmente alcuni fenomeni che abbiamo visto finora solo nelle opere di fantascienza, come i tunnel spazio-temporali, che metterebbero in collegamento tra di loro luoghi remoti dell'universo.

Trovare queste onde dà agli scienziati un nuovo modo di guardare l'universo. Si potrebbe, per esempio, trovare indizi su ciò che è accaduto frazioni di secondo dopo il Big Bang, le cui onde si propagano tuttora come un’eco attraverso il tessuto della nostra realtà.

Szabolcs Marka, un collaboratore del Ligo, ha dichiarato al New York Times. "Fino ad oggi, il campo dell’astronomia è sempre stato associabile a un occhio. Finalmente sono cresciute le orecchie. Non abbiamo mai avuto orecchie prima".

Sara Custode

LE ONDE GRAVITAZIONALI: LA “MUSICA” DELL'ASTRONOMIA

Le onde gravitazionali, già ipotizzate da Albert Einstein ormai un secolo fa, sono le vibrazioni dello spazio tempo che si manifestano con fenomeni violenti come scontri di buchi neri o come il Big Beng, Nonostante Einstein avesse pensato che la loro “musica” sarebbe rimasta inascoltata per l'eternità, lo scorso 11 febbraio gli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno dimostrato che Einstein aveva sia ragione sia torto, annunciando di aver rilevato la prima nota di quella sinfonia cosmica; un suono di onde gravitazionali che erano state prodotte dalla nascita di un buco nero. La scoperta delle onde gravitazionali è anche la conferma definitiva della Teoria della Relatività generale. Erano infatti l’unico fenomeno previsto da questa teoria a non essere stato ancora osservato. Secondo Einstein, quando una qualsiasi massa (che sia un sasso, una stella o un buco nero) viene accelerata, emette onde gravitazionali. Sono segnali molto deboli e complicati da osservare perché fanno oscillare tutto lo spazio-tempo, compresi gli strumenti che dovrebbero rilevarli. Riuscire a vederle è stata considerata a lungo una sfida impossibile. Ben presto, secondo gli astronomi, si prevede quindi di misurare non solo il rumore che produce un buco nero neonato, ma sono già alla ricerca delle increspature prodotte da collisioni di stelle massicce e di stelle di neutroni. Il processo di fusione dei due buchi neri che produce le onde gravitazionali rivelate è un evento accaduto a 410 megaparsec da noi, e risale quindi a quasi un miliardo e mezzo di anni fa, quando sulla Terra facevano la loro comparsa le prime cellule evolute in grado di utilizzare l’ossigeno. Osservare il cosmo attraverso le onde gravitazionali ci permette quasi di fare una sorta di ecografia del nostro pianeta. Ma come vengono ascoltate queste onde? Dopo aver trovato il suo primo segnale, LIGO si sta attrezzando per trasformarli in strumenti di routine per l'astronomia. Nelle stazioni gemelle di LIGO, ogni luce laser va avanti e indietro tra specchi tra loro perpendicolari lungo bracci da quattro chilometri ciascuno disposti a L. Un'onda in entrata deforma leggermente questi bracci in modo che uno diventa più corto o più lungo dell'altro solo di pochi millesimi del raggio di un protone, alterando il tempo di viaggio della luce e innescando le rilevazione. Qualsiasi rumore di fondo può rovinare la delicata misurazione: LIGO può sentire anche le onde dell'oceano abbattersi su coste lontane, gli aerei volare nel cielo e anche il ronzio prodotto dalle lavatrici. La capacità di LIGO di rilevare le onde gravitazionali nel rumore di fondo si deve a una serie di recenti aggiornamenti "Advanced LIGO" per ridurre il rumore che hanno interessato entrambe le stazioni, rendendole dieci volte più sensibili rispetto a quelle della prima generazione. Quando le onde attraverseranno diversi interferometri presenti in diverse stazioni, sarà possibile anche rilevare la provenienza di queste onde permettendo così di posizionare i telescopi gravitazionali in luoghi appositi. Sono già stati mandati nello spazio dei pulsar, che tramite comunicazioni con radiocomandi a terra, permettono di far giungere fino a noi dei fasci di luce regolari e confrontando i tempi di arrivo delle luci, gli astronomi sperano di rilevare  onde gravitazionali con lunghezze d'onda misurate in mesi luce e anni luce, ma nonostante la tecnica sia valida, ancora non ha riscontrato risultati rilevanti. La massima aspirazione potrebbe essere lo studio del Big Bang. La luce e altre radiazioni iniziarono ad emergere solo 300.000 anni dopo il Big Bang, ma con le onde gravitazionali si potrebbe andare a ridosso della “grande esplosione” scoprendo cose che oggi neppure ci immaginiamo.

Erica Benassi