Onde gravitazionali: ecco tutto quello che c’è da sapere

Da quando è stata ufficializzata la notizia della loro scoperta, le onde gravitazionali sono diventate uno degli argomenti più frequenti sui media, ma anche sul web. Ma cosa sono con precisione? Si tratta di increspature nel tessuto spazio-tempo. Vengono prodotte da ogni corpo in movimento, quindi anche da noi quando ci muoviamo, ma riuscire a “intercettarle” è opera assai ardua dato che si parla di misure che viaggiano nell’ordine di un miliardesimo di un miliardesimo di metro. Perché possano essere intercettate, dunque, è necessario che ad interagire siano oggetti di massa considerevole, come ad esempio i famigerati buchi neri. Per capire quanto sia difficile individuare le onde gravitazionali, basta pensare che, dalla loro teorizzazione avvenuta nel 1916 ad opera di Albert Einstein, sono state osservate solo tre giorni fa, grazie all’interazione di più interferometri potentissimi. L’allerta che “qualcosa stava accadendo” nello spazio è arrivata dallo statunitense LIGO, acronimo di Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Si tratta di due potenti interferometri che riescono a percepire anche i minimi cambiamenti nella geometria del tessuto spazio-temporale.

Il movimento che lo scorso 11 febbraio ha prodotto onde gravitazionali tali da essere “avvistate”, è stato causato da buchi neri con una massa rispettivamente di 36 e 29 volte quella del Sole. Eventi causati da elementi di massa considerevole che si muovono ad altissima velocità, dunque, sono gli unici in grado di produrre onde che possono essere rilevate, come ad esempio quelle dell’esplosione di una supernova, o la formazione di buchi neri, o ancora il residuo dell’esplosione del Big Bang.

“LIGO – come spiega Eleonora Ferroni di Media Inaf – si compone di due impianti gemelli ma separati, gestiti come un singolo e grande osservatorio, a cui può accedere la comunità scientifica mondiale. Le due stazioni si trovano a Livingston, in Louisiana, e a Hanford, nello stato di Washington. A separare i due rilevatori ci sono oltre tremila chilometri: più grande è il rivelatore e più è sensibile (così come accade per grandi network simili). Ed è essenziale la presenza di due o più rilevatori, perché in uno dei siti potrebbero verificarsi micro-terremoti, potrebbe esserci eccessivo rumore acustico, o fluttuazioni del laser e ciò porterebbe a disturbi che, simulando l’onda gravitazionale, renderebbero il risultato fallace. È improbabile, però, che allo stesso momento si verifichino gli stessi disturbi in due luoghi così distanti, da qui l’interazione di più rilevatori”, tra cui l’italiano Virgo, situato a Cascina (PI), che è stato uno dei primi interferometri a rispondere all’allerta lanciato dagli USA. Dopo che un’onda gravitazionale viene “rilevata”, per individuare anche l’evento che l’ha generata bisogna capire da dove proviene. E per determinarne la triangolazione, è necessario incrociare i dati raccolti da più strumenti situati in diverse parti del mondo e a grande distanza l’uno dall’altro. LIGO fa quindi parte di un network internazionale di osservatori: tra cui GEO 600 (Hannover, in Germania), TAMA (Tokyo, Giappone) e Virgo.

E proprio alla collaborazione tra LIGO e Virgo si deve quella che può essere definita una delle scoperte più innovative nel campo della conoscenza. Per Valeria Ferrari, docente di Relatività generale al dipartimento di Fisica dell’università La Sapienza di Roma e ricercatrice dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), «Sebbene attualmente Virgo non sia ancora in funzione, c’è un accordo tra gli scienziati di Virgo e di LIGO per effettuare insieme l’analisi dei dati e ci sono protocolli severissimi di validazione dei risultati sottoscritti da entrambi. Quindi anche se i dati attualmente sono presi solo dall’esperimento americano, o in futuro potrebbe accadere l’opposto, questi vengono analizzati dalla collaborazione e sono patrimonio comune».

Ferrari ha spiegato a Media Inaf che “Con le onde gravitazionali potremo studiare, e scoprire, sorgenti molto lontane e magari mai viste prima e questo allargherà moltissimo il nostro orizzonte scientifico. I rivelatori gravitazionali aprono una nuova finestra di osservazione sull’universo. L’Italia è impegnata nella ricerca delle onde gravitazionali dagli anni ’60 del secolo scorso», spiega ancora Ferrari. «Negli ultimi anni, l’interazione tra Virgo e LIGO si è rafforzata attraverso la sottoscrizione di accordi per l’analisi dei dati e di protocolli per la validazione e la comunicazione dei risultati. Si può dire quindi che Italia e Stati Uniti corrono insieme in questa fantastica avventura».

Cosa succederà ora? L’astrofisica, e in generale tutta la conoscenza scientifica, subirà ora una grande rivoluzione. Si apre una nuova frontiera nel campo della fisica, che potrà portare a nuove scoperte e a un modo completamente nuovo di studiare l’universo, che potrebbe gettare nuova luce su fenomeni finora rimasti in parte oscuri, come l’esplosione del Big Bang.