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Cosmo, «catturate» le onde di Einstein
 
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​L'osservatorio Ligo di Livingston, in Louisiana (foto INFN)

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Grazie alla misura effettuata con gli interferometri gemelli Ligo, 
le collaborazioni scientifiche Ligo e Virgo aprono una nuova finestra sul cosmo, 
rivelando le onde gravitazionali prodotte nella collisione di due buchi neri. 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. Le onde gravitazionali portano informazioni sulle loro violente origini e sulla natura della gravità, informazioni che non possono essere ottenute in altro modo.

COSA SONO LE ONDE GRAVITAZIONALI: VAI AL GRAFICO

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.

COMMENTO Scoperta che rende orgogliosi e umili  (A. Lavazza)

La scoperta è stata annunciata dalle collaborazioni LIGO e VIRGO nel corso di due conferenze simultanee, negli Stati Uniti a Washington, e in Italia a Cascina (Pisa), nella sede di EGO, il laboratorio nel quale si trova l’interferometro VIRGO, progetto ideato, realizzato e condotto dall’INFN e dal CNRS con il contributo di Nikhef (Paesi Bassi), e in collaborazione con POLGRAW - Polska Akademia Nauk (Polonia) e Wigner Institute (Ungheria).

L’OSSERVAZIONE

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. I due buchi neri, prima di fondersi, hanno spiraleggiato, per poi scontrarsi a una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce. L’osservazione conferma anche l’esistenza di sistemi binari di ‘buchi neri di massa stellare’, in particolare aventi massa maggiore di 25 masse solari.
illustrazione_Onde_gravitazionali_5.jpgUna illustrazione delle onde gravitazionali (INFN)

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. “Questo risultato rappresenta una pietra miliare nella storia della fisica, ma ancor più è l’inizio di un nuovo capitolo per l’astrofisica, – spiega Fulvio Ricci, ricercatore dell’INFN che coordina la collaborazione internazionale VIRGO, e professore a La Sapienza Università di Roma – perché nei prossimi anni continueranno ad arrivare altri importanti risultati dagli interferometri LIGO e VIRGO, che oggi sono organizzati in un’unica rete globale di rivelatori di onde gravitazionali”. “Osservare il cosmo attraverso le onde gravitazionali – prosegue Ricci – cambia radicalmente le nostre possibilità di studiarlo: fino ad ora è come se lo avessimo guardato attraverso delle radiografie, mentre adesso siamo in grado di fare l’ecografia del nostro universo”.

“Sembrava una sfida impossibile, come sostenuto dallo stesso Einstein, che reputava questi segnali troppo deboli per una possibile rivelazione, invece ci siamo riusciti”, commenta Pia Astone, ricercatrice INFN che ha curato la redazione dell’articolo scientifico sulla scoperta assieme ad altri cinque colleghi di VIRGO e LIGO. “Finalmente possiamo osservare l’universo con occhi diversi, - prosegue Astone - non è un caso, infatti, che la prima misura diretta di ampiezza e fase delle onde gravitazionali sia stata accompagnata da un’altra importante scoperta, quella della fusione di un sistema binario di buchi neri”. “Non va dimenticato che il risultato è il coronamento del lavoro di tanti anni di molte persone, lavoro svolto con il costante supporto dei nostri enti finanziatori, primo fra tutti l’INFN. E adesso proseguiremo il nostro lavoro, non più domandandoci se ce la faremo, ma piuttosto quale sarà la prossima sorgente che manderà un segnale sui nostri rivelatori. Noi siamo pronti”, conclude Pia Astone.

A 100 ANNI DALLA PREVISIONE DI EINSTEIN
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, 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. “Questo risultato rappresenta un regalo speciale per il 100° compleanno della Relatività Generale, – commenta Fernando Ferroni, presidente dell’INFN – il sigillo finale sulla meravigliosa teoria che ci ha lasciato il genio di Albert Einstein”. “Ed è anche – prosegue Ferroni – una scoperta che premia il gruppo di scienziati che ha perseguito questa ricerca per decenni, cui l’Italia ha dato un grande contributo, figlio di quella scuola che negli anni ‘70 del secolo scorso si formò intorno alle figure di Edoardo Amaldi, Guido Pizzella, Adalberto Giazotto, e che oggi vede i nostri ricercatori protagonisti anche grazie alla tecnologia di VIRGO, l’interferometro italo-francese a Cascina”, conclude Ferroni.
isiana State University.
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