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4. Ma le Onde Gravitazionali esistono realmente?

percorso a cura di C. Bradaschia

Ma le Onde Gravitazionali esistono realmente?

Si!

Sono state captate per la prima volta il 14 settembre 2015, dai due rivelatori LIGOicona_linkesterno, uno in Louisiana e l’altro nello stato del Washington. Il rivelatore franco-italiano Virgo di Cascina icona_linkesterno, presso Pisa, non poteva captare il segnale, essendo soggetto alla sostituzione di tutti i principali componenti, al fine di migliorare di dieci volte la sensibilità. Alla fine di questo processo, Virgo riprenderà anche la sua attività sperimentale a fianco dei rivelatori americani. La partecipazione europea all’analisi dei dati, e in particolare dell’INFN, non è mai cessata, fino dal 2003. L’annuncio dell’importante scoperta, infatti, è stato dato da due conferenze stampa contemporanee, a Washington e a Cascina, l’undici febbraio 2016.

 

illustrazione antenne gravitazionali mondo INFN Centimetri3

 

Il segnale rivelato (denominato GW150914) è stato generato dalla fusione di due buchi neri della massa di circa 30 masse solari ciascuno, avvenuta un miliardo e trecento milioni di anni fa, o, che è lo stesso, ad una distanza di un miliardo e trecento milioni di anni-luce da noi. Tutte queste informazioni sono state dedotte con una dettagliata analisi dei segnali forniti contemporaneamente dai due strumenti LIGO.

Successivamente, nel periodo di osservazione che si e’ protratto fino al 12 gennaio del 2016, sono stati captati altri “candidati eventi”, due dei quali hanno superato la rigorosa analisi a cui sono stati sottoposti e sono stati pubblicati il 15 giugno 2016, rispettivamente denominati GW151226 e LVT151012. L’attesa per la pubblicazione e’ stata dovuta alla complessita’ dell’analisi necessaria.

Questo risultato rinforza di gran lunga la nostra precedente convinzione dell’esistenza delle onde gravitazionali. Essa si basava, in perfetto accordo con la relatività generale, sullo studio dei sistemi binari di due stelle compatte. Tutti i sistemi conosciuti di questo tipo, una decina, costituiti da coppie di stelle di neutroni o buchi neri che girano vorticosamente uno intorno all’altro, mostrano un periodo di rivoluzione (dell’ordine di poche ore!), che diminuisce lentamente nel tempo esattamente come dovrebbe, se il sistema perdesse energia per emissione di onde gravitazionali.

Ma cerchiamo di spiegare, anche intuitivamente, l’esistenza delle onde gravitazionali.

Cominciamo con un classico esempio: due ragazzi che tirano le due estremità di una corda tesa; se uno di loro scuote trasversamente la sua estremità, vediamo una deformazione della corda tesa (un’onda) che si propaga lungo la corda e raggiunge l’estremità opposta dopo un certo tempo. Supponiamo ora che un grosso asteroide colpisca la Terra, che di conseguenza si sposterà improvvisamente. La Luna non se ne accorgerà istantaneamente; non è ragionevole pensare che il campo gravitazionale della terra si estenda rigidamente a qualunque distanza. Anche Newton era imbarazzato dal fatto che la sua gravitazione prevedesse questo. D’altronde la relatività speciale prescrive che nulla si possa propagare o spostare ad una velocità superiore a quella della luce.

 

deformazione onde terra

 La deformazione della Terra al passaggio di un onda gravitazionale (guarda il filmato su youtube)

E’, quindi, più ragionevole pensare che l’informazione dello spostamento della Terra raggiunga la Luna (a circa 400000 km da noi) in un tempo, breve, ma non nullo. E’ una deformazione del campo gravitazionale che si propaga e raggiunge la luna – è un’onda gravitazionale – ed è esattamente ciò che deriva dalle equazioni di Einstein. Come tutte le entità prive di massa, le onde gravitazionali viaggiano nel vuoto alla velocità della luce. Dopo 1,28 secondi la luna “sentira’” lo spostamento della Terra e si muoverà anche lei di conseguenza.

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