Virgo
Spazio

Onde gravitazionali rilevate per la prima volta con uno strumento italiano

L’interferometro Virgo, vicino a Pisa, ha “osservato” le onde prodotte dalla fusione di due buchi neri. “Inizia una nuova era dell’astronomia”

L’annuncio è stato dato solo il 27 settembre, ma alle 11,30 del 14 agosto scorso l’interferometro Virgo, situato a Cascina in provincia di Pisa, ha catturato le onde gravitazionali generate dalla fusione di due buchi neri situati in una galassia a un miliardo e ottocentomila anni luce di distanza, in direzione della costellazione di Eridano.

La scoperta è di notevole rilevanza, non solo perché è la prima effettuata con lo strumento costruito in Italia, ma anche perché è la quarta volta, dal 2015, che si osservano le onde gravitazionali.

In precedenza erano stati i due rilevatori LIGO, entrambi posizionati sul suolo americano (a Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington), a effettuare le prime storiche osservazioni di queste onde, a lungo cercate dagli scienziati.

Questa volta anche Virgo ha potuto intercettare, assieme agli altri due strumenti LIGO, le interferenze generate nel reticolo dello spazio-tempo (la struttura che costituisce l’universo e di cui facciamo anche noi parte) dalla collisione di due buchi neri giganti.

“Inizia una nuova era dell’astronomia, dove potremo scrutare tutti quegli oggetti lontani che non emettono luce ma sono comunque dotati di una grande massa, finora invisibili ai telescopi normali” afferma Jo van den Brand della Nikhef and Vrije Universiteit University di Amsterdam e portavoce dell’European Gravitational Observatory, il consorzio di cui fa parte Virgo e al quale partecipano duecentottanta scienziati provenienti da venti gruppi di ricerca di tutta Europa.

Cosa sono le onde gravitazionali

Ogni oggetto dotato di massa, e che quindi produce un campo gravitazionale, è in grado di curvare lo spazio-tempo: un raggio di luce proveniente dal Sole e che passa in prossimità della Terra, ad esempio, non prosegue il suo cammino in linea retta, ma è leggermente inclinato proprio a causa dell’attrazione gravitazionale del nostro pianeta che modifica la struttura del cosmo dove il raggio di luce si propaga.

Pensando a questo come un fascio di fotoni emessi, e che ciascuno di loro si muove come una palla da biliardo, allora gravità della Terra crea una piccola “fossetta” sul panno (che in questo caso rappresenta lo spazio-tempo) che devia il moto della biglia.

Un corpo di massa molto superiore, come un buco nero, produce invece, in questa raffigurazione, un pozzo senza fondo: la luce che gli passa abbastanza vicino precipita perciò dentro senza più uscirne.

La gravità modifica quindi lo spazio-tempo in modo statico. Quando oggetti molto massicci interagiscono tra loro, per esempio stelle che si scontrano o buchi neri che si attraggono l’un l’altro, la curvatura prodotta dalla loro azione si propaga nello spazio in modo dinamico, sotto forma di onde che increspano lo spazio-tempo, proprio come negli esempi citati, ma a intervalli regolari.

Ogni volta che qualcosa, come un pianeta o una stella, viene investito dalla cresta dell’onda subisce un’alterazione. Come una boa in mare che va su e giù. Ma su corpi celesti di queste dimensioni è impossibile percepire la piccolissima variazione indotta dalle onde tramite l’osservazione al telescopio.

Come si rilevano le onde gravitazionali

Virgo e Ligo, invece, sono stati costruiti proprio per intercettare queste minuscole alterazioni dello spazio-tempo. Virgo è costituto da due bracci lunghi tre chilometri e disposti ad L, al cui interno sono percorsi da tubi rettilinei sottovuoto in cui scorre un raggio laser avanti e indietro, riflesso da appositi specchi.

Quando un’onda gravitazionale investe il rilevatore ne distorce le dimensioni e quindi il fascio laser subisce una deviazione, misurata da sensori ad altissima precisione.

Strumenti di questo tipo, che sfruttano cioè le deviazioni di luce in un percorso chiuso, sono chiamati interferometri, perché rilevano appunto le interferenze di fasci luminosi prodotte da alterazioni esterne.

Sono di una accuratezza e sensibilità mostruosa, capaci cioè di percepire spostamenti del fascio di luce dell’ordine di grandezza di un atomo.

Può sembrare paradossale, ma per catturare le variazioni dello spazio-tempo create da oggetti con una massa enorme servono strumenti sensibili a spostamenti infinitamente piccoli.

Per questo motivo, sebbene predette teoricamente da ottant’anni, le onde gravitazionali sono state rilevate per la prima volta solo nel 2015, quando cioè sono state acquisite le capacità tecnologiche per costruire rilevatori sensibilissimi.

Cosa ha “visto” Virgo

Le onde gravitazionali rilevate dallo strumento italiano sono state prodotte dalla fusione di due buchi neri aventi rispettivamente 31 e 25 volte la massa del Sole.

Il risultato di questo mega evento cosmico è stata la nascita di un unico buco nero di massa 53 volte quella della nostra stella.

La somma aritmetica non torna, vero? Venticinque più trentuno fa 56, non 53. Infatti la restante massa si è trasformata in energia mentre i due oggetti spiraleggiavano nella danza che li ha portati sempre più vicini fino alla fusione.

E proprio questa energia si è propagata nel cosmo sotto forma di onde gravitazionali.

Alla vigilia Ferragosto, mentre la maggior parte di noi era in ferie o in procinto di partire, ai laboratori di Cascina gli scienziati osservavano invece il fenomeno.

È stata la prima volta per Virgo, entrato in funzione solo dalla fine di luglio, a seguito di uno stop dovuto a lavori per migliorane il funzionamento.

Ma con questa scoperta, confermata dai rilevatori Ligo, lo strumento italiano entra nel pantheon degli apparati che stanno “rivoluzionando l’astronomia, come è successo con l’avvento del telescopio di Galileo”.

Grazie a questi rilevatori pionieristici infatti si potranno finalmente studiare tutti i fenomeni “invisibili” che avvengono nell’universo, a miliardi di anni luce di distanza, fondamentali per scoprire l’origine del tutto e svelare meccanismi cosmici che ancora non conosciamo.

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