Perché esiste l’anno bisestile?

Oggi è il 29 Febbraio!
Scusate la mia eccitazione (che svanirà presto, come vedrete), ma non è certo una cosa che si può dire ogni anno, eh. Sì, lo so, sapete già tutto: ogni 4 anni aggiungiamo un giorno al calendario e abbiamo il 29 Febbraio e diciamo che l’anno è bisestile. Mmm, siamo sicuri? Infatti questo post non è solo per raccontarvi perché aggiungiamo un giorno ogni 4 anni, ma anche per raccontarvi perché certe volte siamo stati costretti (e lo saremo anche in futuro) a saltare l’aggiunta del 29 Febbraio al nostro calendario ogni 4 anni.

Innanzitutto: ma perché si chiama Bisestile?

Sapete, è colpa dei Romani. Infatti essi già aggiungevano un giorno al calendario in tempi non sospetti e, in particolare, lo facevano dopo il 24 Febbraio, cioè il sesto giorno prima delle Calende di Marzo (il primo Marzo). Il giorno in più era quindi una ripetizione del sexto die, cioè un bis sexto die.

 OK, capito. Ma perché allora dobbiamo aggiungere un giorno ogni 4 anni?

Il motivo è molto umano, se volete. Infatti la Terra fa un giro completo attorno al Sole in 365 giorni 6 ore circa (questo si chiama pure anno tropico). Già, non 365 e basta. Il motivo è semplice: noi esseri umani, la durata dell’anno la basiamo su un fenomeno fisico che osserviamo,  cioè il girare attorno al Sole. Tuttavia l’unità di misura del tempo, il secondo, non ha a che fare con questo. Quindi le due cose vanno in conflitto e dunque ecco le 6 ore in più nella durata effettiva dell’anno.
Insomma, non ci possiamo fare niente.
Comunque, la soluzione è stata sempre del tipo: massì, ma che ci importa, facciamo che un anno è 365 giorni, capirai che cambia! Poi, per rimediare, siccome ogni anno ci avanzano 6 ore, allora ogni 4 anni ci avanzano 24 ore, dunque ogni 4 anni aggiungiamo un giorno. Questa storia di aggiungere un giorno ogni 4 anni venne in mente all’astronomo greco Sogigene di Alessandria e poi fu adottata con regolarità dai Romani. Questo tipo di calendario si chiama calendario giuliano, poiché fu Giulio Cesare a dire: “Aho, mo usamo questo“. Geni? Quasi.

Il problema con tutto ciò (e la soluzione)

Purtroppo i numeri interi belli precisi vanno bene solo nelle favole. Infatti, un anno non dura 365 giorni e 6 ore. Un anno dura 365 giorni 5 ore 48 minuti 46 secondi, cioè 11 minuti e 24 secondi in meno.

Darth Vader quando ha scoperto il fatto degli 11 minuti e 24 secondi.

Una disgrazia. E infatti questo ha portato ad un evento molto singolare nella storia della misura del tempo da parte degli esseri umani: abbiamo cancellato i giorni. Infatti, quei 11 minuti e 24 secondi ogni anno, con il passare dei secoli cominciavano ad accumularsi. La questione è diventata scottante e addirittura ci ha dovuto pensare Papa Gregorio XIII nel 1582 a riordinare la situazione. Gregorio XIII scrisse proprio una bolla papale chiamata Inter Gravissimas il 24 Febbraio del 1582 (vedi tu che scelta di marketing per la data di uscita, eh).
Per quanto riguarda il titolo, no, non ce l’aveva con l’attuale situazione della squadra nerazzurra di Milano, ma si tratta solamente delle prime due parole del documento (oh, che vi devo dire, si usa così a Vatican City quando si pubblica qualcosa).
Comunque, qual è la soluzione proposta da Gregorio XIII? Semplice quanto drastica: abbiamo accumulato dei giorni perché abbiamo fatto i conti un tanto al chilo? Bene, allora eliminiamo i giorni che abbiamo accumulato e stiamo a posto.
Avete mai letto di qualcuno nato il 10 Ottobre 1582? Beh, non perdete neanche tempo a cercare, perché nelle nazioni in cui fu subito adottato il calendario gregoriano (cioè di Gregorio XIII) quel giorno non è mai esistito. E mica solo quello: tutti i giorni dal 5 Ottobre 1582 al 14 Ottobre 1582, estremi compresi. Adieu.

Bravo Gregorio, ma il problema resta: come stanno le cose ai giorni nostri

Dunque, noi usiamo il calendario gregoriano. Aggiungiamo ogni 4 anni un giorno il 29 Febbraio.
Caspita, però non possiamo certo presentarci tra qualche secolo e tornare ad eliminare una intera settimana abbondante di Ottobre. Allora che si fa? Ecco la soluzione: 11 minuti e 24 secondi fanno circa un giorno intero ogni 128 anni. Quindi per far tornare i conti basta togliere un giorno ogni 128 anni. Mmm, sembra una cosa complicata. Infatti, in realtà, facciamo qualcosa di più semplice: ogni 100 anni non mettiamo il 29 Febbraio, anche se l’anno è bisestile.
Cioè: a scuola insegnano che se un anno è divisibile per 4 allora è bisestile. La nuova regola è che se è divisibile anche per 100 allora non sarà bisestile. Esempio per chiarire la faccenda: il 1900 è divisibile per 4, sarebbe dovuto essere bisestile, ma invece non lo è stato perché così si è potuto tenere conto di quei 11 minuti e 24 secondi annuali.
Lo so, domanda ovvia: perché invece il 2000 è stato bisestile? Perché noi non mettiamo il 29 Febbraio ogni 100 ma invece non dovremmo farlo ogni 128 anni! A causa delle incomprensibili regole che decidiamo noi stessi, in pratica quello che facciamo è non mettere abbastanza 29 Febbraio nel corso dei secoli. Allora, per recuperare, ogni 400 anni, anche se l’anno è divisibile per 100, aggiungiamo di nuovo il 29 Febbraio. Ecco perché il 2000 (divisibile per 400) è stato bisestile.
Cioè, capite che casino assurdo?

Ricapitolando, la guida definitiva

Se un anno è divisibile per 4 allora è bisestile. Ma, se è divisibile per 100 allora non aggiungiamo il giorno in più. Ma, se invece è divisibile per 400 allora rimane bisestile.
Quindi il 2016 è bisestile (divisibile per 4), il 1900 non era bisestile (divisibile per 100), il 2000 era bisestile (divisibile per 400). Inoltre, il 2100 non sarà bisestile (divisibile per 100), ma il 2400 sarà bisestile (divisibile per 400).

Basta, ho perso tutta la gioia che avevo in apertura del post, non ne posso più e mi sa neanche voi a questo punto. Oggi è già lunedì, poi è pure il 29 Febbraio, un giorno che ha una storia che più complicata non si poteva proprio immaginarla. E poi, l’ho già detto che è pure lunedì?

Altra roba da sapere sulle onde gravitazionali

Quella appena passata è stata una settimana indimenticabile. Per chi vive di scienza tutti i giorni ma non solo per loro. Si è trattata di una settimana storica per tutti noi. L’osservazione diretta delle onde gravitazionali per la prima volta nella storia dell’umanità è qualcosa di troppo grande, troppo emozionante. Davvero notevole.

In realtà, se seguite il mio blog, allora avrete già letto tutte le cose fondamentali da sapere sulle onde gravitazionali e sulla scoperta fatta da LIGO. Le cose che dirò  partono con l’assunzione che ognuno di voi abbia già letto il post sul blog. Nel dubbio, vi rimetto il link, anche se magari volete solo farci un salto per rinfrescarvi la memoria: insomma, prima di andare avanti consiglio caldamente la lettura di questo post, così potrete godervi pienamente ciò che sto per dire. Eccolo il link: Onde gravitazionali, in parole povereLa mia idea è quella di regalarvi qualche dettaglio in più sulla scoperta. Qualcosa che sicuramente non sentirete alla televisione ma che magari avete già letto andando a spulciare direttamente la fonte primaria di notizie, cioè l’articolo scientifico di LIGO. Naturalmente, non ho intenzione di mettermi a fare la traduzione, ma voglio solo rispondere ad alcune domande che non hanno trovato spazio sul blog perché altrimenti avrebbero appesantito troppo il post dell’altro giorno.

Per questo spero di farvi un regalo gradito raccontandovi alcune cose in più sulla scoperta che ha ulteriormente confermato per l’ennesima volta la scoperta di Einstein. Prima di cominciare, sappiate che tutto quello che vi dirò è scritto in maniera scientifica qui. Dunque, partiamo.

Gli scienziati di LIGO hanno misurato un segnale con frequenze che sono andate dai 35 ai 150 Hertz per una durata di circa 0.2 secondi. Ecco cosa hanno misurato in bel grafico:

Allora, sull’asse orizzontale abbiamo il tempo. Come vedete il segnale è stato osservato, come già detto, per circa 0.2 secondi. Sull’asse verticale abbiamo una cosa che chiamata “Strain”. Cos’è? Se cercate di tradurlo dall’inglese troverete una cosa tipo “sforzo, stress” e cose così. Qui, Strain si riferisce a quanto il braccio dell’interferometro LIGO ha modificato la sua lunghezza. Ovvero lo Strain ci dice di quando si è accorciato/allungato un coso lungo 4 km (lunghezza dei bracci di LIGO) durante il passaggio delle onde gravitazionali.
Ora, lo vedete quel numero in verticale tra parentesi di fianco a Strain? C’è scritto 10 alla meno 21 e vuol dire 0.0000000000000000000000000000001.Questo significa che LIGO è riuscito a misurare un cambiamento così piccolo nella lunghezza dei suoi bracci che, ricordo ancora, sono lunghi 4 km! Beh, scusate ma devo dirlo: è INCREDIBILE!
Davvero, è incredibile che siano riusciti a misurare una cosa del genere. Questo spiega anche perché ci sia voluto parecchio tempo: la precisione richiesta era un qualcosa di assolutamente pazzesco. Ma ora ci sono riusciti.
Già, dico così perché di interferometri che hanno scovato le onde ce ne sono due: LIGO Handford e LIGO Livingston. Esatto, entrambi LIGO ed entrambi negli USA (Handford e Livingston si riferiscono ai luoghi dove si trovano). Infatti nell’immagine di sopra potete vedere che ci sono tre grafici.Il primo mostra il segnale misurato da LIGO Handford sovrapposto a quello atteso dalla teoria della Relatività Generale: boom, combaciano quasi alla perfezione.
Il secondo riquadro mostra il segnale misurato da LIGO Livingston e vale ancora boom, stesso discorso che per LIGO Handford.
E il terzo riquadro? Quest’ultimo mostra il segnale di LIGO Handford sovrapposto a LIGO Livingston. Come vedete anche qui combaciano alla perfezione, a patto però di spostare il segnale di LIGO Handford indietro di 10 millisecondi. Come mai questa cosa?Semplice, perché le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce. E quindi? Vuol dire che le onde hanno prima iniziato a colpire Handford e poi sono arrivate anche a Livingston. E siccome la luce impiega 10 millisecondi per coprire la distanza tra questi due posti e, guarda caso, anche le onde gravitazionali ci hanno messo lo stesso tempo, ciò significa che le onde gravitazionali vanno alla velocità della luce. Come previsto da Einstein, eh. Nella figura qua sotto potete vedere dove sono localizzati Handford e Livingston negli USA e inoltre potete gustarvi anche un piccolo schemino che mostra come è fatto l’interferometro di LIGO:

In pratica l’interferometro spara un raggio laser e misura la lunghezza del braccio tramite il tempo che impiega la luce a fare avanti e dietro. Se il braccio si accorcia l’interferometro misura un tempo minore, viceversa se il braccio si allunga. Si tratta di misure che richiedono una precisione assoluta. Vedete quel grafico strano pieno di punte sulla destra della figura qua sopra? Ecco, quello mostra a quali frequenze LIGO è sensibile, quindi possiamo chiamarlo grafico della sensibilità. Come vedete tra i 35 e i 150 Hz siamo sopra le curve rosso e blu, il che vuol dire che si possono misurare. Quelle punte strane sono delle particolari frequenze per cui la misura non si può fare. Il motivo? Gli inteferometri di LIGO sono costruiti con alcune attrezzature sospese a mezz’aria e che quindi per certe frequenze possono vibrare in risonanza e rende impraticabile la rivelazione della misura. Per questo motivo, se tornate a guardare la figura che contiene i tre segnali trovati da LIGO, all’inizio il segnale oscilla molto, poi quando cresce d’intensità invece si mostra più regolare: semplicemente siamo sopra le punte del grafico della sensibilità e quindi la misura è bella pulita che più pulita non si può.
Come già raccontato nel post su Quantizzando, la forma del segnale è proprio quella dovuta a due buchi neri che si scontrano. Per capire meglio questa cosa guardate quest’altra figura:

Vedete, all’inizio i buchi neri si girano semplicemente attorno e il segnale ha una certa frequenza. Man mano che poi l’energia del sistema viene dispersa, i buchi neri si avvicinano e quindi l’emissione di onde gravitazionali diventa più forte, più forte e ancora più forte fino allo scontro finale. Poi calma piatta, fine dei giochi. Risultato? Un bucone nero!

Ora, avete sicuramente letto che gli scienziati hanno calcolato tante cose dalla misura delle onde gravitazionali. Focalizziamoci su due soltanto: masse dei buchi neri e distanza del sistema che ha emesso l’onda.
La stima di queste quantità viene direttamente dalla teoria. Cioè la Relatività Generale ci dice precisamente come calcolare le masse dei buchi neri e la distanza del sistema da noi, semplicemente misurando le caratteristiche dell’onda gravitazionale, tipo le frequenza di emissione, la frequenza a cui avviene il picco (quello che in giro avete sentito chiamare “chirp”) e l’ampiezza dell’onda, cioè quando forte abbiamo misurato il segnale, cioè lo Strain.
Da queste cose, con qualche calcolo si è arrivati a dire, masse dei buchi neri uguali a 36 e 29 masse solari e distanza pari a 1.3 miliardi di anni luce.
Inoltre si è anche misurata la massa del bucone nero finale e si è trovata essere 62 masse solari. Un momento, ma come? 36+29=65. Dove sono le 3 masse solari?
Ecco la risposta: sono diventate le onde gravitazionali che ha misurato LIGO!

Questa cosa di misurare la distanza con le onde gravitazionali è una cosa potentissima. Infatti gli astrofisici preferiscono la corazzata Potemkin (tra l’altro, capolavoro) a misurare le distanze. Questo perché con i metodi tradizionali (stelle variabili, supernovae – potete trovare un riassunto qui) la cosa è davvero complicata. Ma con le onde gravitazionali sarebbe una gioco da ragazzi. Beh, direte voi, ma che ce ne facciamo di queste distanze? Cavolo, ci misuriamo quanta materia oscura e quanta energia oscura ci sono nell’universo. Come mai? Perché le distanze dipendono in maniera cruciale da questi parametri sempre secondo la Relatività Generale (e chi osa contraddirla più ormai!).

Dunque, ricapitolando: ora si possono osservare direttamente le onde gravitazionali. E non solo, ora sappiamo anche come osservare direttamente i buchi neri e, in particolare, i buchi neri che fanno kaboom!
Un’ultima cosa. La prima persona nel mondo a vedere il segnale delle onde gravitazionali è stato un italiano e si chiama Marco Drago. Una coincidenza, certo, ma fa sempre piacere vedere che un giovane ricercatore italiano in giro per il mondo si trova al posto giusto al momento giusto!

Bene, tornando a noi, dunque ora l’universo potrà essere visto con un paio di occhi nuovi, quelli della gravità. Non ci siamo abituati a vederlo così, è ancora presto, abbiamo appena iniziato.
Ma sono certo che, anche stavolta, sarà un’avventura meravigliosa.

Le onde gravitazionali, in parole povere

L’annuncio dell’osservazione diretta delle onde gravitazionali da parte della collaborazione LIGO (che vuol dire Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) è stato fatto e questa è una di quelle cose che rimarranno nei libri di storia oltre che nella mente di tutte le persone appassionate di scienza e curiose fino al midollo. In pratica, LIGO ci ha detto che il segnale delle onde gravitazionali è stato osservato il 14 Settembre 2015 alle 10:51 di mattina (ore italiane), ma ne riparliamo tra poco. Quindi:

WOW.
Un wow grosso come una casa, anzi di più. Albert Einstein colpisce ancora, non c’è niente da fare (anche se ieri su Twitter facevo notare questa strana cosa).

Faccio anche notare che evidenze indirette si erano già ottenute negli anni passati (con conseguente Premio Nobel, ovviamente). Questa di LIGO è la prima prova diretta, invece. Infine, sottolineo che non è che iniziamo a credere oggi nell’esistenza delle onde gravitazionali: in realtà non avevamo dubbi. Solo che, come dire, con una conferma sperimentale diretta ora va molto meglio.

Bene detto questo, sappiate che questo post è per tutti coloro che vogliono capirci qualcosa di più sulle onde gravitazionali. E, come nello stile di Quantizzando, andrò a raccontarlo in parole semplici.

Naturalmente, qui troverete non l’enciclopedia delle onde gravitazionali ma solo le cose essenziali che dovete sapere per forza. Ho cercato di mettere tutto ciò che serviva e inevitabilmente il post è un poco lunghetto (per gli impazienti e gli amanti dei dettagli, ecco l’articolo scientifico dove c’è scritto tutto sulla scoperta).
Quindi, prendetevi dieci minuti, sedetevi, rilassatevi e buona lettura (e magari preparatevi una tazza di tè o caffè prima).

1) Cos’è la Relatività Generale, in breve?

Sarò velocissimo.
Dunque, la teoria della relatività generale di Albert Einstein, pubblicata a cavallo tra il 1915 e il 1916 è una roba che descrive come funziona la gravità con una precisione senza precedenti.

Per dire, Newton andava già bene prima con la sua forza che va come l’inverso del quadrato che tutti conoscono come fosse una poesia in ricordo delle scuole dell’obbligo. Però Einstein ci ha permesso di fare il balzo in avanti che ci voleva. La Relatività Generale ci dice che la gravità non è una forza bensì è l’essenza stessa della struttura dell’universo in cui viviamo. Ovvero la nostra vita scorre e si muove in quello che viene chiamato spazio-tempo e questo viene modificato a seconda della presenza o meno di massa. Le traiettorie degli oggetti seguono la struttura dello spazio-tempo e, inoltre, possiamo descrivere il moto dei corpi dal punto di vista di qualsiasi osservatore.

Se per esempio siamo nelle vicinanze di un corpo massivo, lo spazio-tempo sarà diverso dal caso in cui invece ci troviamo in un posto vuoto e desolato, senza oggetti massivi all’orizzonte.
In particolare, se poniamo un oggetto massivo in un posto dove prima non c’era niente, quell’oggetto perturberà lo spazio tempo in quella regione.

Ancora per esempio, se poniamo un buco nero in una zona dove ci sono delle stelle, le traiettorie di quest’ultime verrano modificate perché il buco nero con la sua presenza ha modificato lo spazio-tempo. Un po’ come se voi viaggiate belli diritti sulla strada e poi trovate una rotonda. Ecco, la rotonda è il nostro buco nero che ci fa curvare il nostro viaggio. Tuttavia notate che rimaniamo sempre sulla strada. Allo stesso modo le stelle attorno ad un buco nero continuano nel loro percorso senza fiatare. Dovete pensare che il buco nero si comporti un poco come l’ANAS, insomma.

2) Cosa sono le onde gravitazionali?

Tutta la materia nell’universo che in qualche modo accelera perturba lo spazio-tempo, cioè la spina dorsale dell’universo. E allora? Niente, ognuna di queste cose in accelerazione perturba lo spazio-tempo in qualche modo e inoltre queste perturbazioni si propagano nell’universo.
Ecco, queste cose che si propagano sono le onde gravitazionali, perturbazioni dello spazio-tempo stesso. Dunque, per quanto appena detto, tutta la materia può produrre onde gravitazionali. Persino noi stessi. Tuttavia, in generale, tipcamente onde gravitazionali di questo genere sono troppo deboli per essere rivelate e quindi bisogna gettare uno sguardo a roba violenta, tipo supernovae che esplodono, stelle di neutroni che ruotano a velocità pazzesche su stesse, buchi neri che si scontrano, insomma cose così.

Mentre, per esempio, i buchi neri fanno la constatazione amichevole, nel frattempo lo spazio-tempo si è tutto scosso. In questo caso potete immaginare che lo spazio-tempo sia fatto dalle persone che hanno assistito all’incidente (con l’accortezza di rimpiazzare i due buchi neri con due automobili). Le onde gravitazionali, proprio come quelle del chiacchiericcio, si propagano nell’universo. Se voi siete a tavola a mangiare tranquilli e improvvisamente arriva alle vostre orecchie la voce dell’incidente di Tizio e Caio, magari vostri conoscenti, subito rizzate le orecchie; cioè la cena è rovinata (ma speriamo non sia successo nulla, eh).

Allo stesso modo, quando un’onda gravitazionale che viaggia nell’universo incontra un qualche oggetto, ci sono delle conseguenze. Solo che, siccome le onde gravitazionali sono proprio delle perturbazioni dello spazio-tempo, allora se avete un oggetto che ha delle dimensioni notevoli, questo vuol dire che magari la sua forma viene modificata quando passa un’onda gravitazionale. Insomma, se per esempio un’onda gravitazionale dovesse passarvi di traverso, intendo che accadrebbe una cosa dele genere:

Non è una bella cosa farsi attraversare da un’onda gravitazionale, diciamolo.

E non ci possiamo fare niente. Perché noi viviamo e lottiamo nello spazio-tempo e le onde gravitazionali sono piccole modifiche dello spazio-tempo stesso. Ovvero, il ragazzo nel disegno non viene stirato o schiacciato mentre noi guardiamo da spettatori; si tratta di qualcosa che riguarda la struttura stessa dell’universo in cui viviamo. Comunque voglio tranquilizzarvi: come ho detto, le onde gravitazionali sono debolissimissime e quindi stiamo tranquilli. Per questo è stato costruito LIGO.

Per capire ancora meglio e, magari, evitando di tirare in ballo ancora il ragazzo del disegno qui sopra, mica per caso volete una visualizzazione ancora migliore, bella e potente delle onde gravitazionali?
Beh, siete fortunati perché proprio ieri ne ho trovata una definitiva che mi piace moltissimo sul sito Universe Today. Eccola qua:

Questo alla vostra sinistra è lo spazio tempo non perturbato, quello dove tutti i giorni andiamo a fare la spesa: che noia, vero?

Questo qui alla vostra destra è invece lo stesso pezzo di spazio tempo attraversato da un’onda gravitazionale. Come potete vedere le cose sono più eccitanti. La struttura stessa dello spazio-tempo viene modificata. Ma quando facciamo la spesa non ci accorgiamo di tutto ciò. Abbiamo bisogno di cose come LIGO.

Caspita che roba.

Possiamo anche ascoltare il suono delle onde gravitazionali. Infatti, proprio come una radio estrae il suono dalle onde sonore, è possibile fare lo stesso con le onde gravitazionali poiché la frequenza delle onde trovate da LIGO ricade nell’intervallo di frequenze udibili dall’orecchio umano. Lo ammetto questa cosa si merita un WOW particolare e dopo, verso la fine del post, ascolteremo il suono delle onde trovate da LIGO, solo un poco di pazienza.

3) Quanti tipi di onde gravitazionali ci sono?

Principalmente 4.
Ci sono le onde gravitazionali stocastiche, cioè generate da un numero grande di eventi indipendenti. Per esempio, queste onde gravitazionali potrebbero essere osservate da molto lontano, da periodi come Big Bang e inflazione e quindi gettare tantissima nuova luce su come l’universo ebbe inizio. Su Quantizzando ne avevamo parlato nei mesi scorsi per quella storia del telescopio BICEP, ricordate? (Brutta storia…)

Le onde gravitazionali continue sono associate ad eventi poco catastrofici, tipo semplicemente buchi neri che si girano attorno senza litigare o stelle che ruotano rapidamente (ma non troppo) ma che presentano qualche irregolarità sulla loro superficie. Le onde continue sono molto deboli, e si chiamano così perché la loro frequenza è pressochè costante. Hanno un aspetto di questo tipo:

Le onde gravitazionale spiraleggianti (non so come tradurlo in italiano) si formano quando un sistema binario di due buchi neri si preparano allo scontro. Non solo hanno un segnale più forte di circa diecimila volte quelle continue, ma anche aumentano la loro frequenza man mano che i buchi neri si avvicinano allo scontro finale, provocando una specie di acuto alla Callas (questo spiega perché magari avete visto alcuni astrofisici fare strani versi e postare i loro video in rete negli ultimi giorni). Comunque, queste onde hanno un segnale di questo genere:

E poi ci sono le onde gravitazionali esplosive (lasciatemele chiamare così) che si formano a causa di eventi imprevedibili ma molto energetici tipo supernovae potenti o incredibili eventi che portano anche alla formazione di lampi di raggi gamma. E dovrebbero essere fatte così:

Insomma, non è che se ne sappia molto, si tratta di modelli, di quello che ci aspettiamo di vedere, ecco. Comunque, questa è la maniera in si classificano le onde gravitazionali. Come vedete, non sono tutte uguali e dal tipo di segnale si può risalire all’evento che le ha generate e anche ai vari parametri in gioco, tipo le masse dei buchi neri o delle stelle coinvolte.

4) Cos’è LIGO?

Come detto sopra, LIGO sta per Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, cioè è un interferometro. Ve ne sono tre in realtà di interferometri LIGO e si trovano tutti negli Stati Uniti.
Interferometro? Chi era costui? Se non ne avete mai visto uno, eccovi una bella diapositiva:

Una foto di LIGO in uno dei rari momenti in cui sorride.

Come potete vedere si tratta di un coso con tre lunghi bracci. Avete ragione, così non si capisce nulla. Vediamo un disegno che rappresenta uno schema di LIGO, che è meglio:

Ora va meglio, vero?

In pratica, un interferometro è un attrezzo che spara raggi laser lungo i suoi bracci, nel caso di LIGO lunghi ben 4 km, che poi vengono riflessi e tornano indietro. Vabbè, a che serve sta roba? Beh, se un’onda gravitazionale attraversa LIGO allora le lunghezze dei bracci cambiano e quindi magari uno dei raggi laser torna prima al punto di partenza rispetto a quell’altro. Ancora una volta: non dovete pensare che i bracci di LIGO abbiano cambiato dimensioni di decine di metri. Qua si parla di misurare differenze di lunghezza pari a un decimillesimo delle dimensioni di un protone (e un protone è molto piccolo, qualcosa come 0,000000000000001 metri, ecco).

Visto? Un’idea semplicissima per una delle scoperte più importanti della storia della fisica. Davvero spettacolare quello che si è riusciti a fare.

5) Cosa ha scoperto LIGO sulle le onde gravitazionali?

E ora finalmente parliamo delle novità. La conferenza stampa di LIGO è servita per fare il grande annuncio. Esatto, proprio così, le onde gravitazionali sono state osservate direttamente. Come già detto in apertura di post, l’osservazione è stata fatta il 14 Settembre 2015. In questi mesi dunque gli scienziati di LIGO hanno analizzato per bene e nei minimi dettagli il segnale per estrarne tutta l’informazione associata ad esso.

Gli articoli scientifici usciranno nei prossimi giorni. Comunque, tra le varie cose dette durante la conferenza stampa di LIGO, focalizzerei l’attenzione su tre notizie principali riguardo questa scoperta.

Significatività.
Gli scienziati hanno detto di avere evidenze pari a 5.1 sigma! Già, ma che vuol dire? Per dirla in un attimo, ciò significa che se le onde gravitazionali non esistessero, allora la probabilità di misurare ciò che hanno visto gli scienziati di LIGO è di 1 su 3500000 circa. Cioè: al 99,99994% possiamo dire che si è trattato di onde gravitazionali. Non credo ci sia da aggiungere altro.

Velocità delle onde gravitazionali.
A quanto pare le onde gravitazionali appena trovate da LIGO si muovono alla velocità della luce. In poche parole: non ci sono masse associate a queste onde, perché un oggetto dotato di massa non può muoversi alla velocità della luce. Tra le tante cose, questo vuol dire che se ipoteticamente il Sole sparisse ora, ci accorgeremmo della mancanza sia della sua luce che dei suoi effetti gravitazionali, contemporaneamente, dopo 8 minuti. Luce (nel vuoto) e gravità viaggiano alla stessa velocità.

Scontro tra buchi neri.
Esatto, quindi le onde osservate sono spiraleggianti e quindi il risultato del disastro dei disatri astrofisici (infatti giù un buco nero viene fuori quando una stella esplode…). Male, cioè bene: infatti ora sappiamo che i buchi neri esistono.
Inoltre, questa coppia di buchi neri si trova a circa 1.3 miliardi di anni luce, dunque molto ben al di fuori della nostra Galassia. Siccome abbiamo detto che le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce, questo vuole anche dire che il segnale misurato da LIGO ha viaggiato nello spazio-tempo per 1.3 miliardi di anni prima di arrivare da noi. Una tipica passeggiata gravitazionale, quindi.
Dunque, ripeto per i distratti: l’osservazione diretta di queste onde gravitazionali ci dimostra direttamente che i buchi neri esistono davvero. E lo sappiamo perché li abbiamo visti distorcere lo spazio-tempo e produrre onde gravitazionali, cioè ci hanno inviato una cartolina da casa loro. Forse uno dei risultati più importanti da ricordare della giornata.

E ora, guardate la foto qui sotto. Si tratta del segnale osservato dai due diversi interferometri di LIGO. Assomiglia proprio a quello delle onde gravitazionali spiraleggianti e per questo diciamo si tratta di buchi neri che collidono. Ma notate anche che, nei primi due, la linea teorica (quella indicata dal colore della scritta “predicted”) combacia perfettamente con il segnale osservato. Vengono i brividi a pensare che tutto ciò era stato previsto dalla teoria di Einstein cento anni fa. Brividi.

Inoltre, come promesso, ecco il suono delle onde gravitazionali misurate da LIGO o, se preferite, il suono di due buchi neri che si scontrano nello spazio-tempo in una tempesta gravitazionale (cit. Kip Thorne, uno dei capi di LIGO).
Da paura:

6) Cosa ci facciamo ora con le onde gravitazionali?

Ve lo dico subito: d’ora in avanti potremo vedere l’universo con gli occhi della gravità!
Cioè, eravamo praticamente certi dell’esistenza delle onde gravitazionali anche prima di questo pomeriggio, ma da oggi possiamo usarle direttamente per studiare l’universo e questo è assolutamente fantastico, non ci sono parole. Ora potremmo vedere eventi che prima potevamo osservare solo nei videogiochi o al cinema, riguardo buchi neri e compagnia bella.

Avete presente quando qualcuno indossa quegli occhialoni per la visione notturna? Ecco, noi abbiamo appena ottenuto la prescrizione dall’oculista per un nuovo, delicatissimo paio di occhiali.
Infatti finora ci siamo basati, nel nostro studiare l’universo, sulla radiazione elettromagnetica, la luce.

Ma da oggi c’è un nuovo sceriffo in città, e si chiama onda gravitazionale, yeah. Certo, magari uno con una pistola piuttosto che un fucile. E qualcuno diceva che quando un uomo con la pistola incontra un uomo con il fucile, l’uomo con la pistola è un uomo morto. O forse no, anche stavolta?

E allora benvenute onde gravitazionali, finalmente ci incontriamo di persona.