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Onde gravitazionali: Einstein aveva ragione!

È di questi giorni la notizia che rivoluziona il mondo della fisica: per la prima volta è stato possibile osservare le onde gravitazionali ipotizzate da Einstein cent’anni fa grazie a Virgo, un potentissimo strumento che fa parte dell'Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) attualmente diretto da Federico Ferrini e fondato in Italia nel 2000 con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), e dalla Francia con il Consiglio Nazionale della Ricerca Scientifica (CNRS). I promotori di quest’idea, risalente agli anni Ottanta, furono i fisici Giazotto e Brillet. Virgo lavora in tandem all'americana Ligo, ed ha reso possibile, per dirlo con parole di Einstein riportate anche da Avvenire, una piccola e ulteriore “scoperta alle carte di Dio”.



Le onde gravitazionali sono deformazioni della curvatura dell'asse spaziotempo che, come un'onda, si propagano. Queste onde possono essere provocate per esempio da galassie in formazione, esplosioni di supernova, sistemi binari di stelle, pulsar, buchi neri in vibrazione. Nella fisica, infatti, oltre alle tre dimensioni standard, da noi identificate in altezza, larghezza e lunghezza, si considera anche un'altra dimensione: il tempo.

Come funziona Virgo
Virgo, strumento costato circa 78 milioni di euro, è stato ubicato nella campagna di Cascina (Pisa) ed è composto da due tubi lunghi tre chilometri. All'interno dei due tubi viaggiano due fasci laser, derivanti da un unico fascio separato con uno specchio. All'interno dei tunnel vi sono ulteriori speciali specchi che riflettono questi laser avanti e indietro centinaia di volte così da far allungare il loro percorso fino a raggiungere i 300 chilometri. Quando i due fasci si riuniscono viene prodotta una figura di interferenza: in parole semplici, se uno dei due fasci viene colpito da un'onda gravitazionale questo può allungarsi o accorciarsi rispetto all'altro.
Con questo sistema sarebbero state registrate, lo scorso 14 settembre (notizia non subito resa nota), le onde gravitazionali prodotte nell'ultima frazione di secondo del processo di collisione e fusione di due buchi neri, avvenuta un miliardo di anni fa.


Cosa è un buco nero
Un buco nero è una regione dello spaziotempo che possiede un campo gravitazionale talmente forte e intenso che dal suo interno non vi è nulla, nemmeno la luce, che possa fuggire verso l'esterno. Buco perché un corpo celeste con queste proprietà risulta invisibile e tale presenza può tutt'al più essere rilevata indirettamente (come con le onde gravitazionali); nero perché non può emettere luce.
Se un oggetto cade in un buco nero, tutte le informazioni su di esso, come la distribuzione di carica sulla stessa informazione, si distribuiscono uniformemente lungo l'orizzonte del buco nero, e per un osservatore esterno risulta irrimediabilmente perso.
Ogni stella o galassia, mediante la propria attività nucleare che ne mantiene acceso il "fuoco", si oppone alla forza di gravità che tenderebbe ad attirare tutta la materia dell'astro al proprio centro in un volume piccolissimo. Quando questa attività nucleare termina e la stella “muore”, a poco a poco l'opposizione a questa forza di gravità diminuisce e la materia dell'astro si addensa progressivamente verso il centro. Qualsiasi cosa si trovi ad una certa distanza, luce compresa, viene attirata e inghiottita: così si forma un buco nero.
Quando due buchi neri si avvicinano abbastanza, questi sono attirati l'un l'altro dalle rispettive forze di gravità e si precipitano uno sull'altro, non in linea retta ma orbitandosi intorno fino a fondersi insieme. Questo provoca uno scoppio iniziale e una conseguente raffica di onde gravitazionali.



Semplificando...
È un po' come tirare un sasso nell'acqua: dal punto dell'impatto si allargano una serie di cerchi d'onda che "dilateranno" l'acqua prolungandone gli effetti, che saranno sia visibili che udibili, fino ad una certa distanza. Questo è quello che avviene nell'universo quando due buchi neri collidono tra loro propagando il loro effetto. Ogni pianeta ed ogni corpo celeste, dotati di gravità, si attraggono e si orbitano attorno l'un l'altro dandosi un determinato equilibrio. Se si verifica una condizione che compromette tale equilibrio si verifica un'alterazione dell'intero sistema i cui effetti saranno più o meno gravi a seconda della portata della variazione subentrata. Nel caso di collisione tra buchi neri, gli effetti, portati appunto dalla propagazione delle onde gravitazionali, sono particolarmente forti da causare una dilatazione dell'universo e dei singoli corpi celesti incidendo sul continuum spaziotempo.
Virgo sarà potenziata di circa dieci volte entro il corrente anno.
Questo breve video, in lingua inglese, illustra questo processo in modo molto chiaro ed elementare:





Luca Caregnato


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