La Scoperta delle Onde Gravitazionali

La Scoperta delle Onde Gravitazionali

From the Big Bang to Black Holes and Gravitational Waves

Introduzione: Con la scoperta delle onde gravitazionali abbiamo un nuovo tipo di telescopio capace di vedere fenomeni mai visti prima come la fusione di due buchi neri o lo stesso Big Bang.

Cose da fare: Si tratta di 2 video .  Sono in inglese: cliccare sulle due immagini sopra per farli partire.

Il primo e’ un breve documentario di ABCTVCatalyst che riporta i fatti essenziali riguardo la scoperta.

Il secondo video, invece, e’ una presentazione di oltre un’ora dell’astrofisico Kip Thorne, esperto della materia, fatta a un pubblico di non esperti. Si comincia da Einstein e dalla relativita’ , poi si passa ai buchi neri e infine alle onde gravitazionali.

Cosa succede: I rivelatori di onde gravitazionali come LIGO in America e VIRGO in Italia sono un nuovo tipo di telescopio che a differenza di quelli costruiti finora possono guardare fino al Big Bang. Infatti le onde gravitazionali emesse allora sono ancora intorno a noi e possono essere viste cosi’ come abbiamo visto le onde elettromagnetiche della radiazione cosmica di fondo emesse 380.000 anni dopo il Big Bang.

Questo nuovo tipo di telescopio ci permette anche di vedere per la prima volta eventi prima invisibili come la fusione di due buchi neri che ruotano l’uno intorno all’altro.  Anzi questa e’ la prima volta che rileviamo un segnale che viene direttamente da un buco nero: di solito si osservano gli effetti della sua massa sulle stelle vicine oppure i getti di gas o altra radiazione provenienti dal suo disco di accrescimento.

100 anni fa Einstein creo’ la teoria della Relativita’ Generale e una delle sue predizioni fu l’esistenza delle onde gravitazionale anche se pensava che fossero troppo deboli per poter essere rivelate dai nostri strumenti. Dopodiche’ per oltre 50 anni non successe niente.  La teoria era corretta ma non si riuscivano a capire le sue predizioni. Per esempio i buchi neri esistevano veramente o erano solo degli assurdi matematici.

Cinquanta anni fa e’ cominciata tutta una serie di scoperte basate sulla relativita’ generale che hanno sconvolto la nostra conoscenza del cosmo. Intanto il Big Bang e la radiazione cosmica di fondo. I buchi neri stellari sono diventati oggetti reali e solo la nostra galassia ne contiene milioni. Ogni galassia ha un buco nero enorme nel centro con la massa di milioni di soli.

L’evento rilevato da LIGO e’ la fusione di due buchi neri di un sistema binario a 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Il primo buco nero aveva 29 l’altro 36 masse solari. Nella fusione si e’ formato un unico buco nero di 62 masse solari. Una massa pari a tre volte quella del Sole si e’ trasformata in onde gravitazionali. Un’energia enorme che ha fatto vibrare tutto l’Universo come un terremoto scuote la Terra. Dopo 1,3 miliardi di anni questa vibrazione ha raggiunto la Terra dove poteva ancora essere rilevata anche se si era ridotta a una piccola oscillazione grande all’incirca come la dimensione del nucleo dell’atomo. L’antenna di LIGO lunga 4 Km e’ riuscita a rilevare questa breve oscillazione : nonostante la sua intensita’ fosse bassissima, la frequenza era la stessa dei suoni percepiti dal nostro udito. Questo suono e’ riportato nei due video.

Come facciamo a sapere che il segnale viene davvero da questi corpi celesti? Non abbiamo nessuna conferma da normali telescopi perche’ non viene emessa radiazione elettromagnetica.  Abbiamo pero’ due prove che dimostrano che e’ successo proprio questo. La prima prova e’ dovuta al fatto che LIGO ha in effetti due rivelatori identici distanti migliaia di chilometri. Ambedue hanno avuto lo stesso segnale nello stesso tempo. Questo esclude la possibilita’ di segnali dovuti a rumore o vibrazioni locali.

La seconda prova ancora piu’ importante (a cui ha lavorato Kip Thorne) e’ che , prima che il segnale fosse rivelato, era stata fatta una simulazione usando le equazioni di Einstein e si sapeva gia’ la forma del segnale. Cosi’ i segnali dei due rivelatori e della simulazione combaciavano quasi perfettamente.

Kip Thorne nella sua presentazione parla anche della relativita’ generale introducendola come una deformazione dello spaziotempo creata dalla gravita’. I buchi neri non sono altro che oggetti fatti solo da spaziotempo deformato senza materia: questa e’ sparita una volta caduta nel buco nero dopo essersi trasformata in questo spaziotempo deformato.  Per rendere piu’ semplice la presentazione illustra le proprieta’ dei buchi neri usando le immagini del film Interstellar al quale ha collaborato.

Il buco nero del film si chiama Gargantua ed e’ un buco nero in rotazione con milioni di masse solari : intorno ad esso ruota (a distanza di sicurezza) il pianeta dove atterra l’astronave dell’eroe del film. Il buco nero al centro della nostra galassia ha una massa simile a Gargantua ma non e’ molto attivo al momento. Ma l’attivita’ frenetica delle stelle vicine che gli ruotano intorno ne tradisce la presenza.

Kip Thorne parla brevemente anche della singolarita’ al centro del buco nero che dovrebbe obbedire alle leggi della gravita’ quantistica.

Commenti: La scoperta e’ stata fatta da LIGO che era appena entrato in funzione il 14 Settembre 2015. Sfortunatamente VIRGO in quella data non era in funzione (era fermo per essere potenziato) e quindi non ha potuto registrare l’evento. Ma dato che i due laboratori hanno concordato da molti anni di condividere i dati, l’annuncio della scoperta fatto l’11 Febbraio 2016 riporta i nomi dei due laboratori. Da notare che LIGO era appena rientrato in funzione e quindi ha avuto davvero fortuna a registrare subito questo evento.

Altri applet di astronomia

I materiali hanno come indirizzo

https://www.youtube.com/watch?v=Aw4bH6z247g
© ABCTVCatalyst

https://www.youtube.com/watch?v=NMxo98Y-KoE
© Caltech
Autore:Kip Thorne

Titoli in inglese: Gravitational Waves ,From the Big Bang to Black Holes and Gravitational Waves

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