Già nel 1916 Albert Einstein aveva predetto la formazione delle onde gravitazionali come parte integrante della sua teoria della relatività. Egli descrisse lo spazio e il tempo come differenti aspetti della realtà, in cui materia ed energia rappresentano la stessa identica cosa. Lo spazio-tempo può essere pensato come un unico “tessuto” in cui le distanze si misurano con un righello e il tempo con un orologio.
Ogni oggetto deforma il tessuto spazio-temporale in maggiore o minore misura a seconda della sua massa.
La presenza di una massa o di un’energia considerevole deforma questo tessuto spazio-temporale causandogli una curvatura. Noi osserviamo questo fenomeno come gravità. Oggetti liberi di muoversi (stelle, satelliti, fasci di luce) seguono la traiettoria più “corta” lungo queste curvature del tessuto.
Alcune traiettorie descritte in presenza di una deformazione o curvatura del tessuto spazio-temporale.
Quando enormi masse si muovono velocemente, la curvatura spazio temporale s’increspa, espandendosi in modo simile a quanto fanno le onde sulla superficie di una pozza d’acqua agitata. Immaginiamo, ad esempio, due stelle di neutroni o due buchi neri che orbitino uno attorno all’altro. Lo spazio-tempo viene agitato così violentemente che si generano onde di energia che si propagano attraverso l’Universo.
Nel 1974 Joseph Taylor e Russel Hulse scoprirono una coppia di stelle di neutroni, di cui una era una pulsar, ossia emetteva pulsazioni di onde radio estremamente regolari che raggiungevano la Terra. I due scienziati usarono questi impulsi come il ticchettio di un orologio ultra preciso per studiare l’evoluzione del movimento orbitale delle due enormi masse. Per più di vent’anni la loro ricerca mostrò chiaramente che vi era un continuo spostamento temporale che indicava chiaramente una perdita di energia da parte del sistema. Energia “portata via” proprio attraverso le onde gravitazionali. La situazione era esattamente quella prevista da Einstein, ma era pur sempre ancora un’ipotesi e poco più. Mancavano le prove sperimentali.
Tutti i tentativi fatti per avere prove più valide dell’esistenza delle onde gravitazionali hanno dato risultati piuttosto elusivi e dubbi. Finalmente, tra circa sei anni, nel 2015, dovremmo essere in grado di non avere più incertezze. Ciò sarà possibile attraverso l’ultima versione del LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), un sistema molto complesso atto a rivelare proprio questo tipo d’increspatura spazio-temporale.
Pensate che esso misurerà il movimento dei suoi specchi, posti a qualche chilometro di distanza, con una precisione fantastica, paragonabile a un millesimo del diametro di un protone! Per chi vuole saperne di più sulla parte tecnica, posso consigliare Wikipedia (in inglese, però).
Quale sarà il luogo migliore dove cercare le tanto attese onde gravitazionali? Sambaran Banerjee, Alexander von Humboldt, Holger Baumgardt e Pavel Kroupa dell’Università di Bonn, hanno perfezionato un modello al computer che simula il movimento delle stelle all’interno di un ammasso globulare.
Il programma ha mostrato come questi insiemi di diversi milioni di stelle, estremamente vicine tra loro, sono il luogo ideale per causare incontri e scontri tra astri di diversa età e quindi anche di oggetti ormai esplosi e diventati stelle di neutroni e buchi neri. Essi tenderanno a occupare il centro dell’ammasso e sarà facile assistere all’unione, allo scontro e all’accoppiamento di questi mostri supermassicci. Qualche volta formeranno sistemi binari, altre volte collideranno tra loro, altre ancora saranno violentemente espulsi dall’ammasso stesso. Tutti fenomeni molto violenti, adatti a creare agitazione nel tessuto spazio-temporale e quindi a originare onde gravitazionali.
Secondo le accurate simulazioni, il nuovo LIGO sarà in grado di osservare gli effetti di queste interazioni tra giganti anche al ritmo di decine l’anno e fino a una distanza di cinque miliardi di anni luce.
Rappresentazione artistica dell’increspatura del tessuto spazio-temporale che si propaga nell’Universo attraverso le onde gravitazionali, causata da un sistema binario di buchi neri.
Quando la strumentazione inizierà a lavorare, nel 2015 appunto, si aprirà quasi certamente una nuova era dell’astrofisica, quella delle onde gravitazionali. Non avremo soltanto la prova definitiva di una parte essenziale della teoria della relatività, ma un nuovo e completamente diverso metodo per studiare I fenomeni dell’Universo.
Non vi sembra il caso di infischiarsene del 2012 e di aspettare il 2015? Sarà sicuramente molto più interessante e la probabilità di assistere a qualcosa di meraviglioso ed esaltante certamente più probabile!
Già, meglio saltare a piè pari il 2012 e concentrarci sul 2015. 🙂
Bell’articolo!
bello l’articolo . dove posso trovare notizie più approfondite e chiare , come la vostra rappresentazione grafica dello spazio- tempo? 🙄
Un millesimo del diametro del protone????????? Ma con una precisione del genere (che già mi sembra inverosimile), mi viene da pensare che anche i piccoli urti dei singoli fotoni/elettroni/protoni del vento solare possano generare errori nella misurazione più grossi dei valori stessi da misurare!
Incredibile…
@Caro lampo,
la fantascienza è davvero a due passi….
Ops…Mi rendo conto solo ora che si sta parlando di un osservatorio terrestre, pensavo fosse una sorta di satellite! Beh il discorso non cambia…al posto del vento solare considero le particelle d’aria…
Onda su onda…. il mare è una tavola bluuuuuuu…..
ma sììììì….. alla faccia del 2012…. surfiamo direttamente al 2015….
chi sa che emozione “surfare” sulle onde gravitazionali !!!
🙂 🙂 🙂
@Lampo,
penso che i due specchi siano al chiuso e separati da una grande distanza. Le onde si manfesterebbero attraverso la deformazione della distanza tra essi, ma non verrebbro colpiti da niente che possa perturbarli… Dovrei studiarmi più a fondo la tecnica, ma tu magari lo fai meglio di me… 😥
bellissimo!!
eppoi ricordatevi che sempre nel 2015 la sonda New Horizons svelerà i segreti di Plutone, passandogli vicino!!
Condivido appieno l’entusiasmo di Enzo! La gravità è sicuramente la forza più misteriosa. Si potrà anche misurarne la velocità? complimenti per l’articolo.
@enzo
non risco ad immaginare i cambiamenti che porterebbero all astrofisica! (ovviamente perchè non sono del mestiere). nuove applicazioni? possibilità di studiare accuratamente gli oggetti celesti più distinti? potremmo anceh risalire con più precisione al big bang?
grazie come sempre
Certamente voliamo verso il 2015, ma ch glielo dice ai soliti noti? Ma forse hanno ragione quelli che dicono che nel 2012 inizia una nuova Era: si! Quella di una nuova Fisica, di una nuova Ricerca, qualcosa di veramente meraviglioso…diciamoglielo ai soliti noti.
cara Francisca,
la prima cosa sarebbe una conferma ulteriore delle teorie di Einstein. E poi penso la descrizione più accurata degli eventi più dinamici dell’Universo. E poi…. una nuova fisica di sicuro!! Come dice perfettamente Mario Fiori… 😛
Il 2015 sarà decisamente un anno importante per lo studio dell’ universo! 😯 Oltre alle nuove foto di Plutone che dovrebbero arrivare dalla New Horizons, entrerà anche in funzione la nuova strumentazione…Prevedo belle dicussioni! 😉
A distanza di un secolo la teoria della relatività deve essere ancora dimostrata per intero, certo che Einstein non pensava di sicuro al 2012, ma figuriamoci al 2015
Affascinante! Peccato che ci voglia sempre così tanto tempo…
Se qualcuno si trova a Ginevra il 29 Aprile si terrà questa conferenza:
Gravitational Waves from Coalescing Binary Black Holes: Theoretical and Experimental Challenges
by Thibault Damour (Institut des Hautes Etudes Scientifiques)
Thursday 29 April 2010 from 16:30 to 17:30
at CERN ( 500-1-001 – Main Auditorium )
il periodo in cui stiamo passando ,col 2012 che potrebbe portare qualche particolare evento, ci mostra come ciclicamente gli eventi trasformanti per la civiltà accelerano portando a grandi cambiamenti in tutti gli ambiti e nell’umanità stessa, questo del 2015 sarà un altro importante passo
Ma come ci accorgeremo di queste onde gravitazionali? Quali saranno gli effetti per noi poveri mortali? Grazie in anticipo per le spiegazioni del caso.
Ciao, davvero un bell’articolo, che però, da profano, mi ha fatto venire in mente due domande: se vivendo sulla terra siamo già in una deformazione spazio temporale, come si può misurare un’altra deformazione proveniente dall’esterno? In altri termini, gli strumenti dovrebbero avere una scala enorme.
E poi, tale esperimento sembra presupporre che la gravità sia una deformazione dello spazio tempo. Ciò è in contrasto con chi pensa invece alla gravità come interazione di particelle, dette gravitoni ?
@Pat,
sono talmente deboli che noi non ce ne accorgiamo di certo…
@Gennaro,
per pensare ai gravitoni, devi ragionare in fisica quantistica.
I gravitoni sono i quanti fondamentali (nel senso della meccanica quantistica) della forza di gravià e trasmettono tale forza tra due corpi. Le onde gravitazionali sono un concetto classico e rappresentano la propagazione di una perturbazione del campo gravitazionale così come le onde elettromagnetiche rappresentano la propagazione di una perturbazione nel campo elettromagnetico (e i suoi quanti sono i fotoni)
In una teoria quantistica ogni onda associata alla propagazione di una forza può essere vista come un moto di quanti fondamentali di tale forza. Nel caso dell’onda gravitazionale i quanti fondamentali sono i gravitoni.
Grazie per la esauriente e chiara risposta.
Approfitto della vostra competenza per provi un’ulteriore domanda, fatta sempre da un perfetto profano che vuole capire quacosa di più.
Vedendo le immagini che avete messo a corredo di quasto articolo, mi è parso di capire che lo spazio-tempo non è vuoto. Se si può deformare deve pur essere fatto di qualcosa, è difficile pensare che il nulla si deformi.
Questo qualcosa, magari ci sfugge, o è solo un concetto astratto, una semplice rappresentazione per semplificare le cose ?
Insomma, quel fantomatico “etere” di concezione ottocentesca, non era poi una idea così assurda o no ?
@Gennaro,
capisco che è un concetto difficile da digerire, ma lo spazio-tempo non è il nulla, ma il tutto, indipendentemente dalla materia che vi è racchiusa. Viene comunemente definito come l’insieme di tutti i possibili eventi nell’universo. Esso può espandersi e deformarsi senza doverlo pensare come fatto di materia. I vari eventi di un certo oggetto sono connessi tra loro e le “linee” che uniscono gli eventi relativi ad uno stesso oggetto (in inglese vengono chiamate “worldlines”, linee di mondo) possono essere deformate da tutto ciò che li circonda. Immaginiamo la luce che, proveniendo da una galassia, giunge a noi. Essa fa parte della nostra linea degli eventi. Ma questa linea può benissimo essere deformata passando vicino ad una massa di grande dimensioni. Ed ecco allora una deformazione spazio-temporale che non ha bisogno di avere un “tessuto” che unisca i vari eventi. Ma è dura cercare di spiegare la relatività ristretta e generale in poche righe…. mi spiace… 🙁
Articolo interessantissimo. Sinceramente non avevo mai sentito parlare di onde gravitazionali e il bello è proprio questo, scoprire sempre nuove cose ogni giorno. Penso proprio che queste onde ci faranno capire cose ancora incomprese e sconosciute, che possono derivare dalla relatività. Grazie mille.
Sono d’accordo con Gaetano! La gravità è una forza misteriosa, e in effetti alla fine sembra vincere sempre nell’universo, anche se, forse, perderà la battaglia finale, a giudicare dalle più recenti osservazioni dell’espansione cosmica. Grazie Enzo!!! Cavolo come si fa a ottenere precisioni di questo genere…inimmaginabili. 😯