Scoperte le onde gravitazionali teorizzate da Einstein

Per la prima volta, gli scienziati hanno osservato in modo diretto le onde gravitazionali: increspature nel «tessuto» dello spaziotempo, perturbazioni del campo gravitazionale, arrivate sulla Terra dopo essere state prodotte da un cataclisma astrofisico avvenuto nell’universo profondo. 

Questo conferma un’importante previsione della Relatività Generale di Albert Einstein del 1915, e apre uno scenario di scoperte senza precedenti sul cosmo. 

Lo ha annunciato Fulvio Ricci, coordinatore della collaborazione scienfica Virgo che ha lavorato alla ricerca. 

Le onde gravitazionali portano informazioni sulle loro violente origini e sulla natura della gravità, informazioni che non possono essere ottenute in altro modo. I fisici hanno determinato che le onde gravitazionali rivelate sono state prodotte nell’ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri in un unico buco nero ruotante più massiccio. 

Questo processo era stato previsto, ma mai osservato prima. Le onde gravitazionali sono state rivelate il 14 settembre 2015, alle 10:50:45 ora italiana da entrambi gli strumenti gemelli Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), negli Stati Uniti, a Livingston, in Louisiana, e a Hanford, nello stato di Washington. 

Gli osservatori LIGO, finanziati dalla National Science Foundation (NSF) e operati da Caltech e MIT, hanno registrato l’arrivo delle onde gravitazionali entro una finestra temporale di coincidenza di 10 millisecondi. 

L’importante risultato, pubblicato oggi sulla rivista scientifica Physical Review Letters, è stato ottenuto, grazie ai dati dei due rivelatori LIGO, dalle Collaborazioni Scientifiche LIGO (che include la Collaborazione GEO600 e l’Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) e VIRGO, che fa capo allo European Gravitational Observatory (EGO), fondato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese.

Le onde gravitazionali rivelate sono state prodotte nell’ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 masse solari: le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all’energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali. 

L’osservazione conferma anche l’esistenza di sistemi binari di «buchi neri di massa stellare», in particolare aventi massa maggiore di 25 masse solari. 

Il processo di fusione dei due buchi neri responsabile delle onde gravitazionali rivelate è un evento accaduto a 410 megaparsec da noi, e risale quindi a quasi un miliardo e mezzo di anni fa, quando sulla Terra facevano la loro comparsa le prime cellule evolute in grado di utilizzare l’ossigeno. 

La teoria della Relatività Generale che Albert Einstein arrivò a formulare nel 1915 descrive la gravità come una manifestazione della curvatura dello spaziotempo. Lo spaziotempo è come un tessuto (immaginate un tappeto elastico), ma a quattro dimensioni: le tre spaziali note, più il tempo. Secondo la Relatività Generale esso permea tutto l’universo, viene deformato dai corpi e perturbato da masse in movimento. 

Queste perturbazioni sono appunto le onde gravitazionali che, dalla loro sorgente si diffondono in modo analogo alle increspature sulla superficie di uno stagno, viaggiando alla velocità della luce. 

Proprio la luce è stata usata come parametro per individuare le onde e le deformazioni introdotte nello spaziotempo: visto che viaggia a una velocità costante, è calcolabile in precedenza il tempo che impiega a spostarsi tra due punti. Un aumento di questo tempo è la prova del fatto che c’è stata una dilatazione dello spazio tempo; viceversa, se la luce impiega di meno vuol dire che lo spaziotempo ha subìto un restringimento.

Misurando i laser che percorrono i 4 chilometri degli interferometri Ligo sono state quindi rilevate variazioni infinitesimali, grazie alle quali si è riusciti a ricostruire per la prima volta una catastrofe cosmica: i due buchi neri si sono avvicinati ruotando l'uno interno all'altro in una spirale nella quale la loro velocità ha raggiunto i 50.000 chilometri al secondo, pari a metà di quella della luce. Poi lo spazio si è compresso di 10 chilometri, come se una città come Roma si fosse condensata in un punto, e subito dopo si è dilatato.