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Onde gravitazionali: tempesta spazio-tempo da scontro buchi neri. Da Einstein a LIGO

Le antenne di LIGO hanno captato il suono di due buchi neri che si sono scontrati ad un miliardo di anni luce di distanza dalla Terra. Per i fisici questa è la prima prova diretta delle onde gravitazionali, le increspature nel tessuto dello spazio-tempo previste a livello teorico dalla relatività generale di Albert Einstein, esattamente un secolo fa.

Un team di scienziati ha sentito e registrato il suono di due buchi neri che si sono scontrati ad un miliardo di anni luce di distanza dalla Terra. Per i fisici questa è la prima prova diretta delle onde gravitazionali, le increspature nel tessuto dello spazio-tempo previste a livello teorico dalla relatività generale di Albert Einstein, esattamente un secolo fa. "La teoria della relatività generale prevede che masse accelerate emettano radiazione, così come avviene con le cariche elettriche accelerate. La radiazione causata dall'accelerazione delle masse nello spazio-tempo non è però di tipo elettromagnetico, ma gravitazionale. Così, al passaggio di una onda (radiazione) gravitazionale, lo spazio-tempo si contrae ed espande ritmicamente" come riassume Wikipedia. L'increspatura dello spazio-tempo è difficile da misurare perché gli stessi rilevatori si contraggono ed espandono, solidali con lo spazio-tempo.

Ad annunciare la scoperta che avrebbe fatto "Einstein molto felice", come sottolinea Gabriela González della Louisiana State University sono un gruppo di ricercatori di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) che hanno pubblicato lo studio a firma anche di una squadra europea conosciuta come Virgo Collaboration sulla rivista scientifica Physical Review Letters.

Ad osservare i buchi neri che si sono scontrati proprio la coppia di antenne di LIGO, che il 14 settembre scorso è vibrata con una energia 50 volte superiore a quella di tutte le stelle dell'universo, veicolata proprio dalle onde gravitazionali. Finora gli scienziati avevano solamente osservato la curvatura dello spazio-tempo quando era calma. Albert Einstein, con la teoria della relatività generale, sostiene infatti che attorno ad ogni oggetto materiale lo spazio-tempo si curvi. E' la curvatura dello Spazio che determina il moto dei pianeti attorno al nostro Sole. Ogni oggetto in vicinanza sarà di conseguenza "catturato" in un'orbita attorno all'oggetto più grande. Più la massa sarà concentrata più lo spazio-tempo si curverà, formando così un buco nero.

Per Einstein materia ed energia distorcono infatti la geometria dell'universo, producendo l'effetto che chiamiamo gravità. Una perturbazione del cosmo potrebbe quindi causare un allungamento così come il collasso dello spazio-tempo mentre delle oscillazioni creano delle increspature di gravità, le onde gravitazionali appunto. "La prima prova indiretta dell'esistenza di questo tipo di onde è stata ottenuta studiando il comportamento di una pulsar in orbita attorno ad un'altra stella di neutroni, un sistema scoperto nel 1974 da Joseph Taylor e Russell Hulse. Le osservazioni hanno dimostrato che le loro orbite si stanno riducendo esattamente al tasso previsto dalle equazioni di Einstein, che prevedono una perdita di energia del sistema sotto forma, appunto, di onde gravitazionali" ricorda l'Inaf in una articolo di settembre 2015. Nel 1993 Taylor e Hulse hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica per questo lavoro, che ha confermato un effetto previsto per le onde gravitazionali.

Finora, però, nessuno aveva mai rilevato direttamente le onde gravitazionali. "Vedevamo solo la superficie dell'oceano in una giornata tranquilla, ma non l'avevamo mai visto mentre ribolliva in una tempesta, con le onde che si infrangono. I buchi neri che LIGO ha osservato hanno creato la tempesta" come spiega Kip Thorne del California Institute of Technology in una email inviata al New York Times. Questi buchi neri avevano ciascuno il diametro di una grande metropoli ed orbitavano l'un l'altro a un ritmo vertiginoso, accelerando fino a circa 75 orbite al secondo e quindi deformando tutto lo Spazio intorno a loro, fino a quando i due buchi neri si sono fusi e sono diventati uno solo. Il LIGO ha catturato lo scontro, durato appena "mezzo secondo". Lo schema delle onde gravitazionali causate da questa collissione contenevano le informazioni sulla natura dei buchi neri. Ancor più significativo, il segnale corrispondeva a ciò che gli scienziati prevedevano sulla base delle equazioni della relatività di Einstein. In sostanza i fisici sapevano, in anticipo, come si sarebbero mosse le onde gravitazionali create dalla fusione di due buchi neri, fino a quando il mare dello spazio-tempo non è tornato calmo.

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