Cos’è un’onda gravitazionale

Onda gravitazionale

Finalmente scoperte

Nel 2015, dopo che Einstein 100 anni prima le aveva previste teoricamente nell’ambito della sua teoria della relatività generale, le onde gravitazionali sono state finalmente scoperte, a seguito di una caccia che durava ormai da decenni. A causa del fatto che le onde gravitazionali sono molto deboli, tutti i tentativi per individuarle erano infatti andati a vuoto.

Cosa sono le onde gravitazionali

Secondo la teoria della relatività generale di Einstein le onde gravitazionali sono perturbazioni dello spazio-tempo che viaggiano nell’Universo alla velocità della luce. Ma da cosa sono prodotte?

Ogni massa presente nel Cosmo genera attorno a sé uno spazio-tempo curvo; se poi questa massa si muove in modo accelerato perturba la curvatura e in questo modo dà vita a delle oscillazioni che cominciano a propagarsi in ogni direzione alla velocità della luce.

Un modo per visualizzare mentalmente questo fenomeno è paragonarlo a ciò che succede quando si lascia cadere una goccia d’acqua sulla superficie di un lago: anche in questo caso si produce una perturbazione che si propaga sotto forma di onde.

Tutto ciò che si muove produce attorno a sé un’onda gravitazionale: un pallone che rimbalza sul pavimento oppure noi stessi se agitiamo le braccia. Ma queste onde sono troppo deboli per essere percepibili dagli strumenti di misurazione, che riescono a rilevare soltanto le onde gravitazionali prodotte dal movimento di masse gigantesche, come quelle che sono concentrate nei buchi neri o nelle stelle di neutroni.

Come si possono scoprire le onde gravitazionali

Quando un’onda gravitazionale si propaga nello spazio allunga e accorcia alternativamente la distanza fra gli oggetti che vengono attraversati. Si è pensato allora di sfruttare questo fatto per cercare di rilevarle con qualche strumento.

Poiché le variazioni delle distanze prodotte dal passaggio delle onde gravitazionali sono minuscole servono strumenti molto sofisticati e sensibili per misurarle. Si chiamano interferometri e il loro principio di funzionamento è semplice: un fascio laser viene suddiviso in due e inviato in bracci diversi perpendicolari tra loro e lunghi qualche chilometro.

Nel vuoto più spinto i due fasci vengono riflessi da specchi speciali e rimbalzano avanti e indietro prima di incontrarsi, producendo fenomeni di interferenza. Al passaggio di un’onda gravitazionale, la distorsione dello spazio-tempo allunga uno dei due bracci e accorcia l’altro, e dalla minuscola differenza nasce un segnale di variazione dell’interferenza (v. il filmato qui sotto).

 

Scontri tra buchi neri

Le onde gravitazionali rilevate nel 2015 sono state emesse durante i momenti finali della fusione di due buchi neri con masse circa 36 e 29 volte la massa del Sole e situate a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza.

I due buchi neri si sono fusi e hanno formato un buco nero di 62 masse solari, il che significa che circa 3 masse solari sono state convertite in energia delle onde gravitazionali durante la fusione dei due buchi neri.

Questi valori delle masse si sono potuti calcolare analizzando la forma delle onde gravitazionali rilevate. Lo studio di queste onde apre infatti una nuova finestra di osservazione dei fenomeni che avvengono nel Cosmo, soprattutto quelli che sono inaccessibili con i mezzi tradizionali.

Nella radiazione emessa e trasportata dalle onde gravitazionali sono codificate infatti le caratteristiche della sorgente che l’ha emessa.


Ascolta – FisiCast – Le onde gravitazionali

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