Onde gravitazionali confermata rilevazione diretta


    L’osservatorio interferometro laser delle onde gravitazionali (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) negli Stati Uniti ha rilevato per la prima volta le onde gravitazionali. Si tratta di una delle più importanti osservazioni nel campo dell’astrofisica sin dalla scoperta della radiazione cosmica di fondo.

    "Abbiamo rilevato le onde gravitazionali. C’è l'abbiamo fatta!" ha dichiarato entusiasta Daivd Reitze, direttore esecutivo del LIGO presso il California Institute of Technology, duranta la conferenza stampa che ha annunciato la scoperta delle onde gravitazionali, previste da Einstein nel 1916 nella teoria della relatività generale di Einstein.

    Rappresentazione della fusione tra due buchi neri. Simulazione realizzata dal multi-university SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) project. Credits: LIGO, Caltech
    Immagine - Rappresentazione della fusione tra due buchi neri. Simulazione realizzata dal multi-university SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) project. Credits: LIGO, Caltech

    La conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali è frutto del lavoro congiunto tra l’osservatorio americano LIGO e il progetto VIRGO una collaborazione europea tra il (CNRS francese e l’INFN italiano).

    Secondo la teoria di Einstein, la gravità viene definita come curvatura dello spaziotempo, e più un oggetto è massivo, maggiore sarà l'effetto. Quando degli oggetti massivi si muovono creano un'oscillazione nello spazio-tempo, le onde gravitazionali, un po' come le onde che si formano davanti a una nave in movimento.

    Le onde gravitazionali sono state osservate il 14 settembre 2015 e sono state generate dalla fusione di una coppia di buchi neri, uno dei pochi eventi ritenuti abbastanza potenti da produrre onde gravitazionali rilevabili dagli strumenti.

    I due buchi neri avevano una massa rispettivamente di 36 e 29 volte superiore a quella del Sole, la collisione è avvenuta 1,3 miliardi di anni fa dando luogo alla formazione di un unico buco nero.

    Una massa pari a circa 3 volte quella del Sole è stata convertita in onde gravitazionali in una frazione di secondo, con un picco di potenza in uscita circa 50 volte quella dell'intero Universo visibile.

    Come è stata possibile la scoperta?

    La scoperta è stata resa possibile grazie alle funzionalità avanzate di “Advanced LIGO”, un importante aggiornamento che ha aumentato la sensibilità dei rilevatori rispetto alla prima generazione di rivelatori LIGO, consentendo un aumento sostanziale del volume dell'universo esplorato e la scoperta delle onde gravitazionali. I rilevatori LIGO sono stati resi 10 volte più sensibili e sono in grado di operare su una banda di frequenza molto più ampia rispetto a quelli originari.

    Le ricerche condotte al LIGO sono portate avanti grazie alla LIGO Scientific Collaboration, LSC, si tratta della cooperazione tra oltre 1000 scienziati provenienti da università degli Stati Uniti e da altri 14 Paesi. Gli scienziati che fanno parte del gruppo LSC lavorano in oltre 90 università e istituti di ricerca e hanno sviluppato sia la tecnologia del rivelatore sia quella per l’analisi dei dati; circa 250 studenti sono forti sostenitori di tale gruppo di ricerca.

    La rete dei rivelatori LSC include gli interferometri LIGO e il rivelatore GEO600 (rivelatore interferometrico di onde gravitazionali situato ad Hannover, Germania). Il team GEO comprende gli scienziati del Max Planck Institute per la fisica gravitazionale (Albert Einstein Institute, AEI), l’università di Hannover (Leibniz Universität Hannover), insieme all’università di Glasgow, l’università di Cardiff, l'università di Birmingham, altre università del Regno Unito e l'Università delle Isole Baleari, Spagna.

    «Questa rilevazione è l'inizio di una nuova era: l’astronomia delle onde gravitazionali è ora una realtà,» scrive Gabriela González, portavoce del gruppo LSC e professore di fisica e astronomia presso l’Università dello Stato della Louisiana.

    «Attraverso questa scoperta, noi esseri umani ci stiamo imbarcando in una nuova meravigliosa missione: l’esplorazione di un lato dell'universo dove oggetti e fenomeni sono fatti da spazio-tempo curvo. La collisione tra buchi neri e le onde gravitazionali sono i nostri primi splendidi esempi,» scrive Kip Thorne fisico teoretico del LIGO.

    «I rilevatori “Advanced LIGO” sono stati un tour de force dal punto di vista scientifico-tecnologico, reso possibile da un team internazionale davvero eccezionale di tecnici, ingegneri e scienziati,» scrive David Shoemaker del MIT, leader del progetto “Advanced LIGO”.

    Presso ogni osservatorio (uno in Louisiana e uno nello stato di Washington), si trova un interferometro a forma di L lungo 4 km che utilizza una luce laser suddivisa in due raggi che si muovono avanti e indietro in un tunnel sotto vuoto. Ad ogni estremità ci sono degli specchi sospesi. Secondo la teoria di Einstein, la distanza tra gli specchi cambierà di una quantità infinitesimale nel momento in cui un'onda gravitazionale passerà dal rivelatore. La sensibilità che può essere rilevata è dell’ordine di grandezza di 10^-19 metri.

    Sono necessari osservatori indipendenti e separati per determinare la direzione dell'evento che provoca le onde gravitazionali e anche per verificare che i segnali provengano dallo spazio e non da qualche altro fenomeno locale.

    Il contributo degli Istituti di ricerca europei

    Una parte della ricerca è stata svolta grazie a Virgo, si tratta della collaborazione tra più di 250 fisici e ingegneri appartenenti a 19 gruppi di ricerca europei: 6 del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia; 8 dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia; 2 nei Paesi Bassi con il Nikhef (The National Institute for Nuclear Physics and High Energy Physics); Wigner RCP (Wigner Research Centre for Physics) in Ungheria; il gruppo POLGRAW in Polonia; e l'Osservatorio gravitazionale europeo (EGO), il laboratorio che ospita il rivelatore Virgo vicino a Pisa in Italia.

    «Siamo di fronte ad una pietra miliare per la fisica, ma ancora più importante è che siamo solo all'inizio del cammino comune LIGO / Virgo, potrebbero accadere nuove ed emozionanti scoperte nel campo dell’astrofisica» dichiara Fulvio Ricci, portavoce di Virgo.
     

    L'importanza della scoperta potrebbe valere il premio Nobel e potrebbe ispirare le nuove generazioni di ricercatori a continuare gli studi in questo settore relativamente recente della fisica. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.

     

     

     

     



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