Le onde gravitazionali: 5 domande cosmologiche a cui possono rispondere

[Enrico Corsaro]

Sto cercando di inquadrare il problema. 7 millisecondi alla velocità della luce sono 2100 km. La distanza dei due rilevatori non conta; conta invece il diverso percorso, quindi mi manca il dato sulla posizione della sorgente al momento del rilevamento. Se dici che la distanza dei rilevatori è 2500 km, considerando i raggi, vista la distanza, paralleli dovrebbero arrivare con una inclinazione di 30/35°, con una diminuzione del percorso a 2100 km.

Certo che la distanza conta, ho fatto solo un conto grossolano per capirci si intende. Ovviamente a questo devi legare la direzionalità della sorgente, e la posizione in cui si trovava la Terra nel suo moto di rotazione intorno all'asse (non è detto che siano 30/35° come dici, bisognerebbe vedere la cosa con molta attenzione). Poco conta comunque questo dettaglio per capire l'entità del ritardo tra i due rilevatori, il punto è siamo nell'ordine del migliaio di km di distanza percorsa dall'onda tra le due sorgenti, il che spiega un ritardo dell'ordine del millesimo di secondo.

Il motivo per cui non si ha una precisione sufficiente per calcolare la velocità dell'onda è che non si è riusciti a localizzare bene da dove proveniva il segnale. La regione di confidenza ha una ampiezza di circa 70-80 gradi angolari, piuttosto vasta. Quando in futuro si aggiungerà un terzo interferometro si potrà fare triangolazione, ed aggiungendone un quarto si potrà arrivare a vincolare la posizione nel cielo della sorgente entro appena pochi gradi angolari.

[Gitt]

L'ampiezza del segnale, come vedete ben distinguibile dal livello di rumore di fondo, è proporzionale alla distanza del fenomeno.

Le onde gravitazionali, quindi, diminuiscono in ampiezza all'aumentare della distanza, in altre parole vengono attenuate?
Se si, perchè? Interagiscono con la materia? Generano "attrito" propagandosi nella metrica dello spazio-tempo?

[Red Hanuman]

Beh, con un po' di buon senso, penso che vengano attenuate con il quadrato della distanza, esattamente come le onde luminose.
L'energia sviluppata si distribuisce sfericamente ed uniformemente (a meno di eccezioni), e viene attenuata se viene assorbita dalle masse circostanti.
Lascio ad Enrico il compito di correggermi...

[Enrico Corsaro]

Ciao @Gitt, si Red ti ha già spiegato benissimo. Avviene la stessa identica cosa per la radiazione luminosa. La potenza (energia per tempo) emessa da una sorgente puntiforme (o comunque pressocchè sferica) si propaga radialmente a partire dalla sorgente descrivendo una superficie sferica in espansione a velocità c. Poichè l'energia emessa si deve conservare, ma la superficie sferica su cui è distribuita aumenta con il tempo, cioè con il propagarsi dell'onda, allora la potenza in un dato punto della sfera diminuisce con il tempo. L'ampiezza è direttamente legata alla potenza del segnale (è intesa come la sua radice quadrata in teoria dei segnali) e dunque diminuisce anch'essa.

[carkinzo]

Giusto per inserire anche qualche piccola
curiosità, visto che non sono all'altezza di
affrontare certi temi, girovagando per la rete,
ho scoperto che nel team americano che ha
scoperto questa cosa, è presente anche una
ragazza italiana che ci fa sicuramente onore.
Si chiama Lisa Barsotti e questo nome non mi
era nuovo e dopo aver visto le foto, l'ho riconosciuta.
Praticamente è del mio paese!!!

[Enrico Corsaro]

Assolutamente! Il contributo Italiano è stato ed è essenziale in questo campo. Il primo collaboratore di LIGO è Virgo, proprio tutto italiano. Inoltre, l'italiano Marco Drago è stato il primo a trovare il segnale nei dati , come avevo anche scritto nell'altro articolo. Chissà che non ci esca un Nobel anche per lui!

[Enrico Corsaro]

So che le PULSAR emettono una radiazione di sincrotrone di tipo direzionale; se non sbaglio, le particelle cariche che seguono le linee di forza dell'intenso campo magnetico subiscono variazioni di direzione e velocità che trasformano l'energia cinetica in energia radiante che viene emessa in direzioni peculiari. La rapidissima rotazione della stella la rende simile ad un faro .... cosmico. Vorrei sapere che aspetto ha lo spettro di emissione di sincrotrone: l'emissione avviene in un campo ristretto di frequenze (quali?) oppure è piuttosto "diluito" come avviene per lo spettro delle emissioni termiche?

Premettendo che ancora sulle Pulsar si sa poco e che si tratta di un campo ancora tutto da esplorare. Quello che dici è giusto, cioè che la radiazione di sincrotrone viene emessa da particelle cariche in moto a velocità prossime a quelle della luce. La particolarità di questa radiazione è che risulta estremamente piccata sia in frequenza che in direzione, a causa del moto relativistico che si viene a creare ad esempio sotto effetto dell'intenso campo magnetico di una pulsar. Lo spettro che vediamo è quindi caratterizzato da un impulso che va dall'ordine del millisecondo a qualche frazione di secondo di durata.
L'emissione avviene tipicamente dalle onde radio fino ai raggi gamma, passando per l'ottico e i raggi X. Ha una forma di tipo esponenziale (a impulsi).

Alla radiazione di sincrotrone si sovrappone la radiazione termica la quale viene emessa isotropicamente nello spazio, anche se c'è probabilmente da considerare la rotazione dello spazio-tempo che dovrebbe distorcere tale emissione. Comunque, vorrei sapere qual'è la temperatura superficiale di una pulsar tipica e quindi in quale campo di frequenze cade il massimo di emissione della radiazione termica.

Essendo le pulsar il residuo nucleo di una supernova, le temperature superficiali possono inizialmente aggirarsi intorno a diverse centinaia di milioni di gradi Kelvin (se non addirittura al miliardo), ma a causa di questa elevatissima temperatura l'energia viene radiata molto molto velocemente ed esse rapidamente scendono sotto il milione di gradi Kelvin, anche nel giro di pochi giorni. Per queste temperature, la radiazione termica è piccata nei raggi gamma, 10^-12 m di lunghezza d'onda.

La rapidissima rotazione della stella non dovrebbe inoltre essere rivelata anche dall'aumento di frequenza della radiazione emessa dal lato in avvicinamento e dalla diminuzione di frequenza della radiazione emessa dal lato in allontanamento? O forse la zona è talmente ristretta che il potere risolutivo richiesto è fuori portata dei nostri telescopi?

No in realtà perchè ciò che osservi è sostanzialmente il fascio collimato di radiazione di sincrotrone, ed è proprio per questo che in una pulsar si osserva sempre una coppia di impulsi, separati l'uno dall'altro da mezzo periodo di rotazione. La stella è talmente piccola e lontana da non permetterci di risolvere il disco e di capire quali regioni si stanno allontanando e quali si stanno avvicinando.