In questi giorni
abbiamo sentito parlare di onde gravitazionali, ma cosa sono davvero queste
onde e la loro rilevazione quali conseguenze avrà?
Partiamo dal concetto
di forza di gravità. All’inizio del XX secolo, con Einstein e la Teoria della
Relatività, c’è stato lo sviluppo ed il superamento della gravità newtoniana.
Di questa teoria
fisico-matematica tanto complessa indichiamo alcuni dei punti principali.
La gravità è
interpretata come effetto geometrico, in quanto la materia presente
nell'Universo determina la curvatura dello spazio-tempo. Le
equazioni di Einstein esprimono semplicemente la relazione fra la curvatura da
un lato e la materia e l’energia dall'altro.
Lo spazio-tempo è
un'entità a quattro dimensioni (tre spaziali + una temporale) che sostituisce
lo spazio ed il tempo della teoria newtoniana.
Nella teoria di Einstein, non sololo spazio ed il tempo non sono più assoluti
ma sono anche intrinsecamente connessi. Ciò che rende particolarmente
difficile questa teoria è il fatto che la curvatura dello spazio-tempo è
determinata dalla distribuzione della materia ed energia distribuita
nell'Universo, che a sua volta è governata dalla curvatura dello spazio-tempo
stesso!
Ad esempio il Sole, che
è molto massivo, piega così tanto lo spazio-tempo intorno, che tutti i pianeti
che si trovano all’interno di questa curva (come la Terra) cadono a spirale
verso di esso. Tutte le cose che hanno una massa si comportano in questo modo.
Inoltre, nel 2004,
grazie ad una sonda chiamata Gravity
Probe B, abbiamo scoperto che un oggetto, dotato di una grande massa, in
rotazione rapida (come la Terra) trascina con sé tutto lo spazio-tempo intorno:
questo effetto si chiama frame-dragging.
Ora, parlando di onde,
facciamo un esempio: se prendessimo una carica e le dessimo un’accelerazione,
in alcune condizioni, questa produrrebbe delle onde elettromagnetiche. Allo
stesso modo, un oggetto massiccio produrrà delle onde. Tale oggetto, che si
muove nello spazio, va a “piegare” lo spazio-tempo; la “piega” che si forma si
propaga alla velocità della luce.
Tuttavia ciò non basta
a creare delle onde gravitazionali: infatti l’altro elemento necessario è
l’asimmetria di massa, cioè la massa non deve essere perfettamente omogenea.
Questa asimmetria si può ottenere grazie all’esplosione di supernove o anche
grazie alla collisione di due oggetti che possono essere due buchi neri o due
stelle a neutroni. Prima di collidere, i due oggetti orbitano l’uno intorno
all’altro, piegando lo spazio-tempo che li avvolge. Tra i due oggetti, che
vanno a collidere, c’è quasi sempre una differenza di massa, la quale è
necessaria per fare incontrare i fronti delle ‘pieghe’ dello spazio-tempo dei
due pianeti: ciò darà origine alle onde gravitazionali.
L'11
febbraio 2016 è stata confermata, in una conferenza stampa, l'esistenza
delle onde gravitazionali, grazie allo studio condotto sull'impatto di due
buchi neri, aventi masse grandi 29 e 37 volte quella del Sole. Questi
due buchi neri si trovano ad 1,3 miliardi di anni luce di distanza o, meglio,
si trovavano, perché si sono fusi formando un unico buco nero. La loro fusione
ha dato origine a delle onde gravitazionali che sono state recepite da
strumenti complessi presenti sulla Terra.
In America, grazie alla
presenza di due osservatori per le onde gravitazionali (LIGO), uno ad Hanford e
l’altro a Livingston, abbiamo potuto recepire queste onde ed escludere la
possibilità di un falso positivo, in quanto entrambi gli osservatori hanno
ricevuto il segnale delle onde gravitazionali che attraversavano la Terra a 7
millesimi di secondo l’uno dall’altro. Fra qualche anno avremo altri
osservatori, uno in Italia (Pisa), uno in India ed uno in Giappone.
La rilevazione di queste
onde ci permetterà, in futuro, di avere dati estremamente precisi riguardo alle
distanze tra i corpi celesti; di conseguenza, potremo capire quanto velocemente
l’Universo si espande. Inoltre, gli scienziati hanno subito cercato di capire
se queste onde fossero state rallentate da qualcosa, in particolare da gravitoni, le particelle che ipoteticamente compongono la gravità. Se i
gravitoni hanno una massa si può spiegare l’espansione dell’Universo escludendo
l’energia oscura.
Ecco il suono prodotto al momento della fusione dei buchi neri.
Ora agli astrofisici
non rimane altro che prevedere teoricamente la fusione di corpi celesti e
vedere se il tutto si realizza secondo i loro calcoli.
Ad
maiora!
-
Iole Clarizia
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