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Onde gravitazionali: LISA va alla ricerca di Einstein

"Le onde gravitazionali sono il messaggero ideale per osservare l'Universo. Attraversano indisturbate qualunque forma di materia o energia, sono emesse da tutti i corpi, visibili o oscuri, ne registrano il moto e portano l'informazione sino a noi dalle profondità più remote dell'Universo" questa la spiegazione del prof. Stefano Vitale. LISA Pathfinder, la sonda appena lanciata nello spazio, sta andando a scoprirne gli echi, sempre che Albert Einstein abbia ragione.

Ieri un razzo VEGA è partito con successo dalla rampa di lancio di Kourou in Guyana francese, per portare nello spazio la sonda dell'ESA LISA Pathfinder. La missione, a forte connotazione italiana, dal punto di vista sia scientifico che tecnologico, dovrà dimostrare l'esistenza o meno delle "onde gravitazionali". "A questo punto, se ci sono, come la teoria di Einstein prevede, difficilmente potranno passare inosservate" afferma il presidente dell'Agenzia Spaziale Italiana, Roberto Battiston. "Le onde gravitazionali sono l'ultima frontiera dell'astrofisica: la traccia a tutt'oggi inafferrabile della forza più elusiva che permea il nostro universo. Elusiva al punto che solo quando da tranquille onde diventano veri e propri tsunami – a seguito di eventi gravitazionalmente catastrofici come, per esempio, la collisione fra due buchi neri – possiamo sperare di registrarne le increspature. E il sistema messo a punto dall'Agenzia Spaziale Europea sembra aver tutte le carte in regola per riuscirci".

"A 100 anni dalla pubblicazione della teoria della relatività generale - ha osservato Fernando Ferroni, presidente dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - la caccia alle onde gravitazionali si intensifica con strumenti sempre più sofisticati. Lisa Pathfinder è un capolavoro di tecnologia con uno straordinario contributo italiano, che aprirà la strada a un nuovo capitolo di questa storia affascinante, in cui potremmo riuscire ad ascoltare e studiare catastrofici eventi cosmici fino ad oggi irraggiungibili". Gli strumenti di alta precisione che si useranno nel corso degli esperimenti sono stati realizzati dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) con prime contractor industriale CGS spa (Compagnia Generale per lo Spazio) su progetto scientifico dei ricercatori dell'Università di Trento con a capo il Principal Investigator Stefano Vitale, dell'INFN. Alla missione partecipa anche il gruppo Finmeccanica: uno dei contributi di Selex ES è il sistema di micro-propulsione a gas freddo, come ricorda l'ASI.

La sonda LISA Pathfinder si trova ora in un'orbita di parcheggio per raggiungere, tra dieci settimane, grazie ai suoi propulsori, il primo punto di Lagrange, momento di equilibrio gravitazionale tra Sole e Terra, distante da noi circa 1.5 milioni di chilometri. La missione farà da apripista per l'osservatorio spaziale di onde gravitazionali previsto per il 2034 con il lancio della missione eLisa. Come chiarisce l'Università di Trento, protagonista di questa missione, "LISA Pathfinder è il precursore tecnologico dell'osservatorio spaziale di onde gravitazionali pianificato dall'ESA come terza grande missione nel suo programma scientifico Cosmic Vision. Ha come scopo quello di verificare la possibilità di mettere delle masse di prova in caduta libera nello spazio interplanetario, con la precisione senza precedenti necessaria all'osservatorio gravitazionale. Questo risultato è ottenuto attraverso un insieme di tecnologie innovative che comprende, fra le altre, i sensori inerziali, un sistema di metrologia laser e un sistema di controllo inerziale del satellite attraverso un sistema di micro­propulsori. Queste tecnologie sono alla base del disegno più avanzato dell'osservatorio spaziale, disegno noto come LISA (Laser Interferometer Space Antenna) la cui più recente evoluzione è nota come eLISA".

Il Gruppo di Gravitazione Sperimentale dell'Università di Trento è impegnato da più di dieci anni nella realizzazione dei sensori inerziali, vere "vibrisse" per captare le onde previste da Albert Einstein. "Il risultato di questo impegno è stata la messa a punto di due masse in lega d'oro e di platino - spiegano all'Università di Trento -, che resteranno sospese in assenza di gravità all'interno del satellite, collegato con l'osservatorio spaziale, e di un sistema laser che misurerà lo spostamento relativo delle due masse con la precisione delle dimensioni nell'ordine di un atomo. Le onde gravitazionali, infatti, provocano piccolissime accelerazioni relative di due masse simili. L'obiettivo di LISA Pathfinder è dimostrare che i disturbi possono essere ridotti fino a rendere misurabili tali accelerazioni". Di questo apparecchio abbiamo un'altra prospettiva dall'ASI: "L'Optical Metrology Subsystem, così si chiama il sottosistema di LISA Pathfinder al quale spetterà il difficile compito di registrare il passaggio di onde gravitazionali misurando con un laser lo spostamento di due cubi d'oro-platino l'uno rispetto all'altro, nei test a terra ha dimostrato di poter raggiungere una precisione di due picometri: ovvero, due miliardesimi di millimetro. Precisione sufficiente a registrare, nel tessuto dello spazio, increspature come quelle attese dallo scontro fra corpi celesti di enorme massa. Eventi che, calcolano gli scienziati, dovrebbero indurre nei cubi di LISA Pathfinder spostamenti nell'ordine del picometro – un centesimo della dimensione media di un atomo".

Doveroso fare qualche nome. Insieme a numerosi studenti e post-doc, nel Gruppo di Gravitazione Sperimentale all'UNITN lavorano Mauro Hueller, Antonella Cavalleri e i professori William Joseph Weber, Rita Dolesi e Daniele Bortoluzzi, impegnati nella varie fasi del progetto: dal disegno, alla prototipazione, alla loro caratterizzazione attraverso l'impiego di sofisticati pendoli di torsione e, infine, alla supervisione della costruzione delle versioni finali di volo da parte della CGS.
Il Gruppo sta preparando le operazioni della missione, insieme al resto della collaborazione, che coinvolge l'ESA, la NASA e gli scienziati di sette Paesi europei. Il principal investigator Stefano Vitale, ordinario di Fisica sperimentale all'Università di Trento e membro del Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) prova a spiegare ai profani l'importanza della missione: "Ascoltare l'universo attraverso le onde gravitazionali promette una profonda rivoluzione in astrofisica, astronomia e cosmologia come quelle dovute all'invenzione del telescopio o dei radiotelescopi. Le onde gravitazionali sono il messaggero ideale per osservare l'universo. Attraversano indisturbate qualunque forma di materia o energia, sono emesse da tutti i corpi, visibili o oscuri, ne registrano il moto e portano l'informazione sino a noi dalle profondità più remote dell'Universo. Possiamo paragonarle al suono: arrivano da sorgenti nascoste dietro altri oggetti, come rumori di animali nascosti in una foresta, e ci permettono di individuarle, riconoscerle, valutarne la distanza e seguirne il movimento. Ci raggiungono da sorgenti che non emettono luce, come suoni di notte". La missione eLISA ha anche un bel sito internet da cui si potranno seguire giorno per giorno le novità.

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