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Scoperta delle onde gravitazionali: importanza dei risultati e ricerca futura

(Una versione più concisa di questo articolo sarà pubblicata sul numero di luglio della rivista “Incontri”)

 

Ha suscitato un notevole interesse ed è stata riportata su ogni tipo di media la scoperta annunciata l’11 febbraio scorso della rivelazione diretta, per la prima volta, delle onde gravitazionali.

La scoperta, che corona una lunga ed infaticabile serie di ricerche iniziate circa cinquanta anni fa, apre una nuova e basilare finestra nella conoscenza dell’universo.

Per meglio comprendere l’importanza di questo avvenimento e le future ricerche correlate, è necessario fare un breve riepilogo della teoria fisica che sottende il fenomeno intercettato sperimentalmente ed accennare all’estrema complessità dell’apparato di misura e dei calcoli che hanno permesso di dimostrare, con un livello di affidabilità elevatissimo, la corretta interpretazione delle misure.

 

Breve cenno sulla gravità

La prima spiegazione scientifica della gravità venne formulata nel XVIII secolo da uno dei più grandi fisici mai esistiti, Isaac Newton. Newton raccoglie le intuizioni di Copernico, le scoperte di Galilei e di Keplero e  scrive le leggi della forza di gravità e le equazioni fondamentali della meccanica sulle quali poggerà tutta la tecnologia del mondo moderno, dai ponti ai grattacieli, dagli aeroplani ai razzi ed alle sonde spaziali, nonché la descrizione dei moti dei principali sistemi astronomici.

Newton riesce a matematizzare in poche e semplici equazioni gli effetti relativi all’attrazione dei corpi; se la matematica allora disponibile non era sufficiente per svolgere i suoi calcoli, la crea lui stesso, come avvenne per il calcolo infinitesimale.

Newton aveva descritto le leggi della gravitazione universale ma si era anche posto il problema del perché esistevano queste forze attrattive ed a cosa erano dovute.

Non riuscì ad individuarne la causa e scrisse la famosa frase, contenuta nella seconda edizione dei Philosophiae Naturalis Principia Mathematica del 1713: ”In verità non sono riuscito a dedurre dai fenomeni la ragione di queste proprietà della gravità, e non invento ipotesi (hypotheses non fingo)”.

Per una spiegazione definitiva, dopo molti altri tentativi, bisognerà attendere il 1915, anno in cui Einstein, interrogandosi sulla attrazione gravitazionale newtoniana, pubblica il lavoro sulla relatività generale che include, in una certa approssimazione, la relatività ristretta del 1905.

Einstein, alla fine del suo lavoro ossessivo, solitario e spesso disperato, durato dieci anni, fu così soddisfatto da affermare che, se fosse stato sbagliato, gli sarebbe dispiaciuto per l’occasione sprecata dal Creatore!

Le equazioni della relatività generale governano la struttura dello spazio-tempo o meglio della sua metrica, cioè essenzialmente il campo gravitazionale.

Un campo è qualcosa di dinamico e variabile: Einstein lo definisce come un gigantesco mollusco flessibile in cui sono immerse le masse dell’universo che lo deformano e lo incurvano.

La struttura dello spazio-tempo è la “causa” per cui la terra ruota intorno al sole.

Non è necessario ricorrere ad una forza misteriosa, quella che Newton non riusciva a giustificare, poiché esiste uno spazio-tempo la cui curvatura, generata dalle masse presenti, le “obbliga” a seguire una determinata traiettoria calcolabile con grande precisione.

E’ proprio questa deformazione quella che noi percepiamo come gravità.

Data la connessione spazio-tempo, anche la misura del tempo fisico risente della presenza delle masse.

Inoltre, quando una stella esaurisce il suo combustibile e collassa su se stessa per effetto della gravità, le dimensioni della stella si contraggono e la densità di massa localmente può assumere un valore così elevato da incurvare lo spazio-tempo al punto che nulla può fuoriuscire, neanche la luce, dando luogo alla formazione di un buco nero.

Il concetto di buco nero fu previsto teoricamente, usando le equazioni di Einstein, dall’astronomo tedesco Karl Schwarzschild mentre prestava servizio militare in Russia durante la Grande Guerra (morirà nel 1916), ed approfondito nel 1939 da Julius Oppenheimer, futuro direttore del progetto Manhattan per la realizzazione della bomba atomica, ma solo negli anni sessanta del secolo scorso gli astrofisici iniziarono a considerare seriamente la possibilità che potessero esistere davvero (ad esempio, nella nostra galassia è presente un gigantesco buco nero che “costringe” le stelle ed il nostro sistema solare a ruotargli attorno).

In quegli anni una rapida successione di scoperte astronomiche ha permesso di verificare le previsioni della teoria di Einstein grazie allo studio nell’universo di oggetti di massa fortemente compatta in cui la gravità è elevatissima e quindi gli effetti della relatività generale diventano significativi e misurabili con grande precisione.

 

Le onde gravitazionali

Nel 1916, l’anno dopo la formulazione definitiva delle equazioni di campo della relatività generale che legano la deformazione dello spazio-tempo alla distribuzione di massa ed energia, Einstein notò che una versione linearizzata delle equazioni, più facilmente risolvibile, presentava soluzioni assimilabili ad onde gravitazionali trasversali che viaggiano alla velocità della luce, generate dalle variazione nel tempo del momento di quadrupolo di massa (il quadrupolo rappresenta l’eventuale asimmetria della distribuzione della massa lungo gli assi di un oggetto, ad esempio per la sfera è nullo).

Einstein realizzò che tali onde dovevano avere ampiezze molto piccole; in realtà lui stesso non era completamente convinto della loro esistenza e nel 1936 aveva pensato che la sua previsione potesse essere errata; d’altra parte è interessante notare che fino alla conferenza di Chapel Hill del 1957, c’era stato un nutrito dibattito  sulla effettiva presenza fisica di queste vibrazioni spazio-temporali.

Per comprendere come si generano le onde gravitazionali possiamo fare una analogia col campo elettrico: se una particella carica, ad esempio un elettrone, viene accelerata, essa genera una radiazione elettromagnetica, allo stesso modo una massa accelerata produce una “radiazione” gravitazionale la cui energia viene emessa sotto forma di onde gravitazionali. Il processo di accelerazione, come già accennato, deve rompere ogni eventuale simmetria di tipo sferico o cilindrico che fosse presente, altrimenti il momento di quadrupolo di massa sarebbe nullo e non ci sarebbe emissione di onde.

Mentre le onde elettromagnetiche sono oscillazioni del campo elettromagnetico che si propagano nello spazio-tempo, le onde gravitazionali sono oscillazioni del tessuto stesso dello spazio-tempo, increspature che lo perturbano, comprimendolo ed espandendolo perpendicolarmente al loro percorso e si propagano dalla sorgente in tutte le direzioni alla velocità della luce.

Data la loro estrema debolezza, ricordiamo che la forza di gravità è di gran lunga la più debole delle quattro forze della natura, esse interagiscono in modo trascurabile con la materia che incontrano ed è possibile rivelarle solo quando hanno un’ampiezza tale da arrivare fino a noi, cioè quando sono prodotte da movimenti di masse dense e gigantesche, come le stelle di neutroni e i buchi neri o da violentissimi eventi energetici come l’esplosione di supernove.

A partire dagli ultimi decenni del secolo scorso è stato compiuto un enorme e complesso lavoro teorico per calcolare il comportamento dinamico di sistemi relativistici costituiti da corpi massivi.

È stato così possibile modellizzare ad esempio la progressiva fusione di sistemi binari con masse elevate ed ottenere previsioni accurate sulle forme d’onda gravitazionali generate.

L’esistenza di queste onde  era stata implicitamente dimostrata dai radioastronomi Hulse e Taylor (1) che, usando il radiotelescopio di Arecibo (Portorico), avevano scoperto una coppia di stelle di neutroni (resti ultra densi di stelle esaurite con una massa dell’ordine di quella solare ma con un diametro di una decina di chilometri) che orbitavano una intorno all’altra.

Una di queste era una pulsar, cioè una stella di neutroni che agli inizi della sua formazione ruota velocemente intorno al proprio asse, emettendo ad intervalli regolari, come fosse un faro terrestre, un fascio di radiazione elettromagnetica nel campo delle onde radio.

Tenendo conto della cadenza di questi fasci durante alcuni anni di osservazioni, gli astronomi si accorsero che, seppure di pochissimo, il periodo orbitale diminuiva.

Questo fenomeno fu attribuito ad una emissione di energia da parte del sistema binario: le stelle ruotavano sempre più rapidamente avvicinandosi progressivamente tra loro e la variazione di frequenza coincideva esattamente con quella che ci si attendeva qualora avessero irraggiato onde gravitazionali.

I valori teorici calcolati dalla relatività generale si accordavano con quelli misurati entro l’1,5%.

I due astronomi ottennero il premio Nobel per la fisica nel 1993 “per la scoperta che ha aperto nuove possibilità per lo studio della gravita”, nella motivazione ufficiale però non si faceva menzione delle onde gravitazionali.

 

Rivelatori di onde gravitazionali

Da allora sono stati studiati e messi in opera diversi sistemi per rivelare direttamente le onde gravitazionali, senza però ottenere alcun risultato.

Nel 1984, grazie ai copiosi fondi erogati negli U.S.A. dalla National Science Foundation, ebbe inizio la progettazione e poi la realizzazione di un sistema di osservazione, chiamato LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) la cui prima versione cominciò a funzionare nel 2000 per circa dieci anni mettendo a fuoco gli immensi problemi tecnologici relativi  al problema dell’eliminazione del rumore di fondo dell’apparato e stimolando la ricerca per risolverli.

Sono stati costruiti due rivelatori identici, distanti tra loro 3002 km, uno a Hanford, nello stato di Washington, costa ovest, e l’altro a Livingstone in Louisiana, costa est.

Negli ultimi cinque anni l’intero sistema è stato completamente rifatto e ribattezzato aLIGO (advancedLIGO), per migliorarne la sensibilità al punto da stimare di potere finalmente registrare un flebile segnale gravitazionale nel caso di collisioni di buchi neri, come poi è avvenuto, o esplosioni di supernove.

Parallelamente a LIGO veniva realizzato in Italia a Cascina di Pisa lo strumento VIRGO (dal nome della costellazione della Vergine) operativo dal 2003 e, dal 2007, in strettissima collaborazione con LIGO, che fa parte dell’European Gravitational Observatory (EGO) fondato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese e che oggi è una collaborazione scientifica che raccoglie circa duecentocinquanta ricercatori di diciannove laboratori europei.

I tre rivelatori sono concettualmente molto semplici: si tratta di giganteschi interferometri di Michelson consistenti in quattro masse sospese a pendolo locate rispettivamente a coppie all’inizio ed alla fine di due bracci ad angolo retto tra loro, paralleli al terreno, di quattro km per LIGO e di tre km per VIRGO.

Riferendoci a Ligo, all’inizio ed alla fine dei due bracci sono posizionati le masse costituite da due specchi di quaranta kg l’uno, isolate accuratamente da qualsiasi vibrazione.

Un laser Nd:YAG stabilizzato in frequenza, ampiezza e geometria del fascio, emette un raggio di milleesessantaquattro mm di lunghezza d’onda e venti W di potenza, elevata mediante una particolare tecnica passiva di “riciclaggio” di potenza fino a qualche migliaio di watt (2), allo scopo di migliorare il rapporto segnale/rumore, inviato su uno specchio divisore semitrasparente che trasmette il raggio per metà in un braccio e riflette l’altra metà nel secondo braccio.

A sua volta ogni braccio costituisce una cavità risonante di Fabry-Perot, cioè un sistema ottico che permette alla luce di rimbalzare alcune centinaia di volte in ciascun braccio prima di ritornare allo specchio semitrasparente dove i fasci si ricombinano e vengono indirizzati verso un fotorivelatore.

Ciò aumenta la lunghezza virtuale di ogni braccio ad oltre mille km  accrescendo proporzionalmente la sensibilità del sistema.

Se la luce compie esattamente lo stesso cammino nei due bracci, la ricombinazione delle onde dei due fasci  crea un’interferenza che, sfasando opportunamente i due fasci, è distruttiva e nessun segnale viene registrato dal fotorivelatore.

Quando arriva  un’onda gravitazionale allunga un braccio e comprime l’altro nel senso che manda avanti o indietro le masse sospese, per cui il percorso dei due fasci sarà alterato, non saranno più perfettamente in opposizione di fase e non si annulleranno completamente, producendo una figura d’interferenza sul rivelatore dalla quale sarebbe possibile dedurre le deformazioni dei bracci.

Ma poiché l’onda gravitazionale non modifica solo la lunghezza dei bracci ma comprime o stira pure la lunghezza d’onda dei fasci, in realtà il rivelatore vede solo i lievi spostamenti nella frequenza delle onde dei due fasci dopo la loro ricombinazione, con una risposta ottimale nella banda di frequenza cento trecentotrenta Hz.

Dalla teoria della relatività generale è stato calcolato che onde gravitazionali generate a parecchi milioni di anni luce di distanza dalla terra da un evento cosmico causato dalla coalescenza di due buchi neri di massa almeno dieci volte quella solare, dovrebbero variare la lunghezza di un braccio di quattro km di meno di un millesimo del diametro di un protone, cioè di circa 10ˉ¹⁸ metri. Questa minuscola variazione impone dei criteri costruttivi e delle tecniche di controllo di tutto il sistema interferometrico estremamente sofisticate e costose per eliminare completamente ogni disturbo, ogni effetto di “rumore di fondo” causato da avvenimenti terrestri come ad esempio minime vibrazioni del terreno dovute al traffico, al volo degli aerei, a variazioni climatiche etc, che possono causare movimenti anomali degli specchi.

Tutto il sistema è montato su una serie di supporti  antivibranti e, per evitare fenomeni di diffusione dei raggi laser dovuti all’impatto con particelle presenti nell’aria con conseguenti fluttuazioni di fase, i due bracci sono alloggiati in tubi di uno virgola due metri di diametro mantenuti ad un vuoto elevatissimo, dell’ordine di un miliardesimo di torr.

Inoltre gli specchi sono alloggiati in un complesso sistema di compensazione termica per evitare minime variazioni termoelastiche nella loro curvatura per effetto di variazioni della temperatura ambiente.

La spesa raggiunta per arrivare alle performances attuali del LIGO è dell’ordine di un miliardo di dollari e coinvolge, includendo Virgo ed altri progetti similari in fase di realizzazione, oltre mille ricercatori di quindici paesi.

 

Scoperta delle onde gravitazionali

Il 14 settembre, alle ore 09:50:45 (tempo medio di Greenwich) il LIGO di Livingstone rivela un segnale della durata di circa 0,2 secondi e dopo 7 ms (millisecondi) un segnale quasi identico viene rivelato dal LIGO di Hanford.

Durante la breve frazione di secondo il segnale aumenta in ampiezza ed in frequenza da 35 a 150 Hz (cicli al secondo) dove raggiunge il valore massimo, per poi  decadere rapidamente. Purtroppo il sistema Virgo era in fase di aggiornamento tecnico e quindi non operativo.

La necessità di disporre di più rivelatori permette di essere certi che tutti vedano il medesimo segnale eliminando la possibilità che sia dovuto a qualche vibrazione locale e non all’onda gravitazionale, inoltre permette di valutare da dove proviene l’onda.

Nel caso dei due LIGO la distanza tra le stazioni  equivale ad un percorso dell’onda gravitazionale, che viaggia alla velocità della luce, di dieci ms; il fatto che il ritardo registrato sia inferiore, sette ms, permette di calcolare, con una semplice relazione geometrica, l’angolo di incidenza dell’onda in arrivo la cui provenienza però appare situata su un vastissimo arco di cielo sopra l’emisfero meridionale in quanto l’assenza di almeno un altro rivelatore non ha permesso, mediante una triangolazione, di calcolare con maggiore precisione la zona di origine del segnale.

Utilizzando modelli analitici messi a punto negli ultimi anni e confrontando le caratteristiche del segnale rivelato dai due LIGO con complesse e sofisticate simulazioni eseguite da vari gruppi di ricercatori, si è visto, dopo quasi cinque mesi di controlli, verifiche ed analisi, che l’onda gravitazionale doveva essere causata da un sistema binario di due oggetti con masse rispettivamente ventinove e trentasei volte quella del sole che hanno spiralato a velocità crescente, dell’ordine di 150.000 km/sec (metà della velocità della luce), intorno al comune baricentro avvicinandosi reciprocamente per effetto della gravità fino a coalescere in un singolo oggetto rotante di massa pari a sessantadue volte quella solare.

Il deficit di tre unità di massa solari, equivalente, per la relazione di Einstein E= mc², ad una quantità immane di energia, è stata vaporizzata in radiazione gravitazionale.

Bruce Allen, uno dei circa mille firmatari dell’articolo (2) ha dichiarato che, per un decimo di secondo, nella fase di collisione, si sarebbe generata una luce più brillante di quella di tutte le stelle di tutte le galassie, ma sotto forma di onde gravitazionali.

Una volta formatosi, la teoria ci dice che si verifica immediatamente un decremento esponenziale nella emissione delle onde gravitazionali in quanto l’oggetto risultante, inizialmente deforme per la violenza del collasso uno sull’altro dei due componenti, assume rapidamente una simmetria sferica e quindi il momento di quadrupolo di massa si annulla.

Dai calcoli numerici delle forme d’onda possibili per eventi di questo tipo paragonate con le evidenze sperimentali si è arrivati alla conclusione che gli oggetti in questione erano dei buchi neri e non, ad esempio, stelle di neutroni, e che il loro collassamento si è verificato a circa uno virgola tre miliardi di anni-luce di distanza dalla terra.

L’evento è stato designato con la sigla GW150914.

La figura 1, ricavata dalla ref. (3), mostra, in forma schematica, l’evolversi del segnale registrato dai LIGO in funzione dello spiraleggiamento e successiva fusione dei due buchi neri.

 

Importanza della scoperta e nuovi sviluppi

Le parole conclusive dell’articolo (2), mettono in evidenza che “Queste osservazioni dimostrano l’esistenza di sistemi binari di ammassi stellari del tipo buchi neri. Questa è la prima rivelazione diretta di onde gravitazionali e la prima osservazione della coalescenza di una coppia di buchi neri”.

Finora infatti i buchi neri  erano stati ipotizzati per gli effetti gravitazionali anomali riscontrati nel movimento dei corpi celesti, ma mancava una prova sperimentale, requisito essenziale in fisica per affermarne incontrovertibilmente l’esistenza.

La scoperta apre una finestra assolutamente nuova di osservazione dell’universo.

Attualmente possiamo esplorare il cosmo con telescopi che coprono l’intero spettro elettromagnetico, dall’infrarosso ai raggi X e alle radio frequenze, oppure mediante rivelazione dei raggi cosmici e dei neutrini cosmici.

A queste tecniche possiamo affiancare oggi la rivelazione delle onde gravitazionali, un fenomeno completamente diverso da quelli sopraelencati, che permette di osservare aspetti dell’universo altrimenti invisibili e darci informazioni sui fenomeni legati anche a processi interni agli oggetti astrofisici che non producono luce.

Infatti mentre le radiazioni elettromagnetiche possono essere deviate, riflesse o assorbite da qualunque massa cosmica si frapponga tra la sorgente e la terra, l’universo è praticamente trasparente alla radiazione gravitazionale che potremo quindi vedere nella forma inalterata in cui è stata creata e comprendere, codificata nella radiazione stessa, la fisica relativa alla sua creazione.

Oltre alla formazione ed evoluzione dei buchi neri, delle stelle e delle galassie, sarà possibile indagare il comportamento della materia nelle condizioni estreme di temperatura e pressione come quelle presenti nelle stelle di neutroni e nelle supernove.

Spingendosi con la fantasia, si potrebbe vedere, ammesso che esista, una sorta di difetto geometrico nello spazio tempo, le “stringhe cosmiche” previste dalla teoria delle stringhe, che, pur essendo estremamente sottili, sarebbero sorgenti di onde gravitazionali grazie alla loro elevata densità, ed infine, e sarebbe la sfida scientifica estrema, le onde emesse un trilionesimo di secondo dopo il big bang.

Quest’ultima possibilità avrebbe un’importanza fondamentale per “leggere” i primi passi della creazione del nostro universo ed in particolare verificare la teoria dell’inflazione, una fase primordiale di espansione cosmica istantanea (della durata infinitesima di circa 10ˉ³ͦ² secondi) che avrebbe “gonfiato“ esponenzialmente l’universo di un fattore enorme, dell’ordine di 10²⁶, raffreddandolo e generando quelle deboli fluttuazioni di densità che daranno vita ai primi ammassi cosmici.

Queste informazioni non sono ottenibili con le altre tecniche, come ad esempio lo studio del fondo cosmico a microonde, in quanto, fino a trecentoottantamila anni dopo il big bang, tutti i segnali luminosi, cioè le informazioni veicolate da fotoni, sono rimasti impigliati nel plasma caldissimo, denso ed opaco che avvolgeva l’universo, mentre le onde gravitazionali  primordiali hanno viaggiato indisturbate grazie alla loro trascurabile interazione con tutto ciò che incontrano.

Sarebbero quindi l’unico messaggero che ci permetterebbe di risalire indietro nel tempo fino all’alba dell’universo e carpirne i momenti iniziali.

Quando saranno pienamente operativi altri interferometri del tipo LIGO, e cioè VIRGO in Italia, GEO 600 in Germania, e, nel 2018, il giapponese KAGRA con bracci di tre Km situato in una miniera profonda che dovrebbe schermarlo dal rumore di origine antropica, sarà possibile, mediante questa rete mondiale di strumenti, localizzare con grande precisione le sorgenti di onde gravitazionali permettendo agli astronomi di puntare i loro telescopi in quella direzione e, rivelando le eventuali radiazioni emesse (raggi X, raggi gamma etc.), avere una migliore comprensione dei fenomeni coinvolti.

Attualmente una limitazione alla sensibilità di tutti i sistemi interferometrici è data dall’impossibilità di avere bracci di lunghezza superiore a qualche chilometro per l’enorme difficoltà di isolarli totalmente da ogni “rumore” terrestre, di termostatarli e di farli lavorare in vuoto ultraspinto.

Inoltre, analogamente alle onde elettromagnetiche, le onde gravitazionali coprono una vasta gamma di lunghezze d’onda e, allo stesso modo per cui non si può usare un telescopio per i raggi X per vedere la radiazione infrarossa, occorre avere interferometri differenti per rivelare onde di bassissima frequenza come quelle causate dalla coalescenza di buchi neri con masse pari a milioni di volte quella solare che si possono verificare all’interno di molte galassie.

Si è pensato allora, un po’ in analogia a quanto messo in opera dagli astronomi con i telescopi montati su satelliti in modo da liberarsi dai problemi di visibilità causati dall’atmosfera terrestre, di realizzare interferometri che galleggino liberamente nello spazio con bracci di centinaia di migliaia di chilometri, nel vuoto cosmico in assenza di qualsiasi tipo di disturbo “terrestre”.

A questo scopo la NASA e L’ESA (Agenzia Spaziale Europea) hanno lavorato al progetto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) formato da tre satelliti che costituiscono un interferometro triangolare con bracci di cinque milioni di Km, in grado, grazie alle sue dimensioni, di rilevare fenomeni gravitazionali causati da eventi cosmici giganteschi avvenuti circa 100 milioni di anni dopo il big-bang.

Il progetto è stato però accantonato nel 2011 a causa dei costi eccessivi e ridimensionato col nome di eLISA, una evoluzione del progetto precedente.

Il 3 dicembre dello scorso anno è stato lanciato dall’ESA un prototipo miniaturizzato di eLISA  chiamato “LISA pathfinder” del costo di 400 milioni di euro, per compiere uno studio di fattibilità del sistema con lo “scopo di verificare la possibilità di mettere delle masse in caduta libera nello spazio interplanetario, con la precisione senza precedenti necessaria all’osservatorio gravitazionale” (4).

Il veicolo spaziale comprende due masse cubiche da due Kg di oro e platino e quattro virgola sei cm di lato, poste a trentotto cm di distanza, che galleggiano chiuse e schermate dentro una camera sotto vuoto, completamente isolate da ogni disturbo diverso dalla gravità.

Il sistema di controllo sorveglia la posizione delle masse assicurandosi, con lievi aggiustaggi, che rimangano in asse e, mediante un interferometro a laser ultrastabilizzato, dovrebbe arrivare a misurare  spostamenti relativi delle masse dell’ordine del picometro (10ˉ¹² metri).

Dai primi dati raccolti dal satellite, che si trova adesso sull’orbita operativa a circa uno virgola cinque milioni di Km di distanza dalla terra, sembra che pathfinder soddisfi i requisiti del progetto, anche se adesso resta da capire da dove provenga il rumore di fondo, dovuto ad esempio al vento di radiazione solare, e come ridurlo, punto fondamentale prima di intraprendere la costosissima realizzazione dell’osservatorio spaziale di onde gravitazionali il cui lancio è previsto nel 2034.

 

Premi Nobel in vista?

E’ molto probabile che la scoperta delle onde gravitazionali venga celebrata con l’assegnazione del premio Nobel per la fisica.

Come nel caso della scoperta del bosone di Higgs dove il premio fu dato a coloro che per primi, parecchi decenni prima, ne avevano postulato l’esistenza, anche il merito di questa nuova scoperta sarà quasi certamente attribuito agli ideatori e precursori del complesso e difficoltosissimo esperimento.

Sono tre gli scienziati che hanno dedicato la loro vita al sogno di misurare quelle increspature dello spazio-tempo che derivano dalle equazioni di Einstein di un secolo fa.

Si tratta di Kip Thorne del Caltec (California Institute of Technology), Rainer Weiss del MIT (Massachussets Institute of Technology) e Ronald Drever del Caltec e adesso in pensione in Scozia.

Weiss, nato a Berlino nel 1932 ma naturalizzato americano, è quello che più si è impegnato per portare a compimento il progetto LIGO, Drever, nato a Glasgow nel 1931 si è dedicato particolarmente ai sistemi ottici ed è rientrato qualche anno fa in patria perché malato di Alzheimer, Thorne, nato a Logan (Utah) nel 1940, è un geniale e brillante fisico teorico che ha lavorato nel campo della astrofisica relativistica ed in particolare dei buchi neri e delle onde gravitazionali, spingendosi anche a teorizzare la possibilità di viaggi nel tempo mediante i cosiddetti “wormholes”, cioè cunicoli spazio-temporali che potrebbero connettere punti dello stesso universo o di universi paralleli; si è cimentato anche come consulente del film “Interstellar” di Christofer Nolan.

Tutti e tre questi scienziati hanno vinto, in anni diversi, la prestigiosa medaglia Einstein che spesso ha preceduto l’assegnazione del premio Nobel.

Francesco Cappellani

 

(1) R.A. Hulse and J.H.Taylor “Discovery of a pulsar in a binary system“ Astrophys. J. 195, L51 (1975)

(2) B.P. Abbott et al. “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger” Phys. Rev. Lett. PRL 116, 061102 (2016)

(3) www.lescienze.it/news/2016/02/11/news/la_scoperta_delle_onde_gravitazionali-2968361/

(4) www.asi.it/it/attivita/cosmologia-e-fisica-fondamentale/lisa-pathfinder

 

Una risposta
  1. Bell’articolo, piuttosto specialistico nonostante il tentativo dell’autore di rendersi comprensibile a coloro che hanno una piccola dimestichezza con le cose della fisica.
    Sarebbe forse un po’ più comprensibile se fosse presente la figura promessa, ma che non sono riuscito a trovare.

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