Le onde gravitazionali — Astronomia, 14–17 anni
Movimenti violenti di oggetti massicci possono inviare increspature attraverso lo spaziotempo. Misurare queste increspature permette all’astronomia di rilevare eventi come la fusione di buchi neri in un modo che la luce ordinaria non consente.
Increspature dello spaziotempo
Nella descrizione di Einstein, massa ed energia cambiano la forma dello spaziotempo. Quando oggetti molto massicci accelerano in modo non uniforme, questo cambiamento può propagarsi come un’onda gravitazionale. L’onda allunga leggermente lo spazio in una direzione e lo comprime in quella perpendicolare, poi inverte il movimento.
Un nuovo senso per l’astronomia
L’astronomia osservava soprattutto l’Universo attraverso la luce, ma alcuni oggetti sono oscuri o nascosti dalla polvere. Einstein predisse le onde gravitazionali nel 1916, però quando arrivano sulla Terra sono straordinariamente deboli. Nel 2015 LIGO misurò il primo segnale diretto, prodotto da due buchi neri che spiraleggiavano avvicinandosi. Si aprì così un nuovo modo di osservare l’Universo.
Una variazione minuscola di lunghezza
LIGO ha due bracci perpendicolari, lunghi 4 km ciascuno. Supponiamo che un’onda produca una deformazione di 1 parte su 10²¹. La variazione di un braccio è: 4 000 m × 10⁻²¹ = 4 × 10⁻¹⁸ m. È molto più piccola di un protone. Il rivelatore confronta i tempi di viaggio del laser nei due bracci, perché una lunghezza aumenta mentre l’altra diminuisce.
Non sono onde che viaggiano nell’aria
La parola onda fa pensare a molti al suono, all’acqua o a un segnale radio che viaggia in un materiale. È un confronto ragionevole, perché tutti presentano cambiamenti ripetuti e possono trasportare informazione. Un’onda gravitazionale è diversa: è una deformazione variabile dello spaziotempo stesso, quindi non ha bisogno di aria o di un’altra sostanza. Inoltre non spinge gli oggetti come farebbe una forte onda d’urto.
Ascoltare fusioni invisibili
Gli osservatori di onde gravitazionali possono rilevare gli ultimi istanti della fusione di buchi neri o stelle di neutroni anche quando sfugge poca luce. Più osservatori possono confrontare gli istanti di arrivo e stimare dove è avvenuto l’evento. Quando si fondono stelle di neutroni, i telescopi possono trovare anche un lampo e studiare lo stesso evento attraverso gravità e luce.
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