Onde gravitazionali, le vibrazioni dello spazio-tempo

Onde gravitazionali, le vibrazioni dello spazio-tempo (Credit: C. Henze/NASA Ames Research Center)

ROMA – Cosa sono le onde gravitazionali? Albert Einstein ne aveva ipotizzato l’esistenza un secolo fa dalla teoria della relatività e le definiva come vibrazioni dello spazio-tempo che vengono generate da fenomeni astronomici molto violenti, come le collisioni di buchi neri, le esplosioni di supernovae o lo stesso Big Bang che ha dato origine all’universo. Proprio come le onde generate da un sasso che cade in uno stagno, le onde si propagano nello spazio creando delle increspature che possono essere ascoltate e che i ricercatori, che per la prima volta le hanno osservate dalla collisione di due buchi neri, hanno definito “chirp”, in italiano letteralmente un “cinguettio”.

Le onde gravitazionali interagiscono molto poco con la materia e proprio per questo motivo conservano la ‘memoria’ degli eventi che le hanno generate. La loro esistenza era supportata finora solo da prove indirette ma da adesso diventa possibile osservarle in modo diretto e con esse osservare una porzione dell’universo finora invisibile e misteriosa, come le zone popolate dai buchi neri o da fantascientifiche ‘scorciatoie’ per viaggiare nell’universo, i cosiddetti ‘cunicoli’ dello spazio-tempo (wormhole).

La scoperta delle onde gravitazionali è anche la conferma definitiva della teoria della relatività generale. Erano infatti l’unico fenomeno previsto da questa teoria a non essere stato ancora osservato. Secondo Einstein, quando una qualsiasi massa (che sia un sasso, una stella o un buco nero) viene accelerata, emette onde gravitazionali. Sono segnali molto deboli e complicati da osservare perché fanno ‘oscillare’ tutto lo spazio-tempo, compresi gli strumenti che dovrebbero rilevarli.

Riuscire a vederle è stata considerata a lungo una sfida impossibile. Nonostante ciò negli anni Sessante il fisico americano Joseph Weber mise a punto un strumento che teoricamente avrebbe potuto rivelare ‘l’impossibile’. Erano due grandi antenne cilindriche distanti fra loro 1.000 chilometri che, se attraversate da un’onda gravitazionale, avrebbero oscillato con un piccolo ritardo l’una rispetto all’altra. L’esperimento fallì ma dette inizio alla sfida.

L’Italia la raccolse da subito con uno dei ragazzi di via Panisperna, Edoardo Amaldi, e con Guido Pizzella. Auriga e Nautilus sono stati i primi esperimenti, condotti nei Laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) di Legnaro (Padova) e Frascati (Roma), e con Explorer al Cern di Ginevra. Oggi gli strumenti più avanzati sono interferometri laser, come le due macchine gemelle americane Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) e l’europeo Virgo, ideato da Adalberto Giazotto e realizzato a Cascina (Pisa) dalla collaborazione tra Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e Centre National de la Recherche Scientifique (Cnrs), nell’ambito dello European Gravitational Observatory (Ego). Per il futuro si punta alla costruzione di un super telescopio ‘gravitazionale’ nello spazio, che potrebbe nascere dai test che sta conducendo la missione Lisa Pathfinder, dell’Agenzia Spaziale Europea (Esa).

Ecco il segnale audio detto “chirp” o “cinguettio” delle onde gravitazionali ascoltato da Virgo e Ligo: