Ancora sulle onde gravitazionali

Un mese circa fa abbiamo parlato della possibile scoperta, alquanto sensazionale qualora fosse confermata, riguardo le onde gravitazionali primordiali che confermerebbero la teoria dell’inflazione.
Ma le onde gravitazionali non sono solo primordiali. Secondo la teoria della Relatività Generale di Einstein dovremmo essere in grado di osservare tali onde anche provenienti da sistemi fisici presenti nell’universo attuale.
Ma facciamo un passo indietro.
Nel 1974 Joseph Taylor e Russell Hulse trovarono una coppia di stelle di neutroni (che sono stelle che si originano dopo l’esplosione di una supernova) nella nostra galassia. Una delle due stelle del sistema è una pulsar, ovvero una stella che invia impulsi di onde radio regolari. Sulla Terra siamo in grado di misurare questi impulsi con un’ottima precisione. Dunque, dopo parecchi anni (circa venti) passati ad osservare l’intervallo di tempo tra due impulsi si è trovato un ritardo in questo intervallo che indica una perdita di energia del sistema. Incredibilmente, questa energia persa dal sistema è esattamente dello stesso valore previsto dall’emissione di onde gravitazionali secondo la Relatività Generale.
Possono crearsi eventi ancora più energetici: per esempio le due stelle di neutroni potrebbero perdere energia emettendo onde gravitazionali e alla fine potrebbero collidere generando una formidabile esplosione.

E quindi?
Bisogna misurare queste onde. Sarebbe una conferma micidiale della teoria di Einstein! Come facciamo a misurare queste onde? Ci vuole un attrezzo chiamato interferometro. Come funziona?
Intanto vediamo un’immagine. Un interferometro è più o meno una cosa fatta così:

L’interferometro di LIGO

In particolare, nell’immagine di sopra, è rappresentato proprio schematicamente l’interferometro di LIGO (si pronuncia “laigo” e l’acronimo sta per Laser Inteferometer Gravitational-wave Observatory) che è un osservatorio costruito proprio per rivelare le onde gravitazionali (ne parleremo tra poco).
Dunque, quello che un inteferometro fa è sparare un raggio laser e poi dividerlo in due parti lungo due bracci di uguale lunghezza. Alla fine dei bracci vi sono degli specchi che riflettono i due raggi laser. Se non accade nulla di strano, i due raggi laser vanno verso il rivelatore senza alcun ritardo di arrivo tra loro. Se per qualche motivo i due bracci cambiano la loro lunghezza, allora uno dei due raggi arriverà prima dell’altro. Questo è il punto.

Più o meno ecco cosa accade quando un’onda gravitazionale
ci attraversa (effetto grandemente esagerato ovviamente!)

Infatti un’onda gravitazionale è una distorsione della struttura dello spazio tempo. L’effetto osservato dalla Terra è una distorsione delle lunghezze che va proprio a modificare la lunghezza dei bracci dell’interferometro. Dunque, potenzialmente abbiamo lo strumento perfetto per misurare le onde gravitazionali.

Sono tre gli interferometri di LIGO: due nei pressi di Richland nello stato di Washington, USA e uno nei pressi di Linvingston, Louisiana, USA.

Una foto di uno degli osservatori LIGO.

Trovato qualcosa finora? Ancora niente. Per darvi un’idea della difficoltà, sappiate che gli interferometri hanno bracci lunghi alcuni chilometri (e questo può darvi anche un’idea del costo elevato del rivelatore); inoltre, le distorsioni che si dovrebbero misurare dovute all’effetto delle onde gravitazionali sono dell’ordine del miliardesimo di miliardesimo di metro! Insomma la sfida è importante, come potete capire.

Perché questo post se lo stato della faccenda è parecchio complicata? Per due semplici motivi.
Primo motivo: è cosa buona e giusta avere un minimo di aggiornamenti su queste cose. Del tipo: se dovessero misurare e scoprire dunque queste onde gravitazionali in questo modo così diretto allora voi già saprete di cosa si starà parlando e sarete abbastanza soddisfatti!
Secondo motivo: da casa vostra potete partecipare all’analisi dei dati di LIGO! Questa è davvero una cosa grandiosa. Come fare? Si tratta di andare sulla home page del progetto Einstein@Home e scaricare il software necessario per far sì che il vostro computer si colleghi alla rete di LIGO per analizzare i dati. Tranquilli perché BOINC (questo il nome del software) utilizza solo il tempo di inattività del vostro computer (quello durante cui siete in bagno o a prendere il caffé e lasciate il vostro computer acceso, per intenderci).

Dunque anche voi potete fare della buona scienza e aiutare a scoprire le onde gravitazionali. Anche io ho messo a disposizione il mio computer sperando un giorno di sentire la notizia che queste onde gravitazionali sono state rivelate. Grandi tempi per fare della scienza!

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