L’identificazione delle onde gravitazionali – che ha fatto vincere il Nobel per la Fisica a Kip Thorne, Barry Barish e Rainer Weiss – è considerata dalla comunità scientifica internazionale la scoperta del secolo. Ma cosa sono e a cosa servono queste onde? Le onde gravitazionali sono una delle conseguenze della teoria della relatività generale, pubblicata da Albert Einstein nel 1915. Sono perturbazioni del campo gravitazionale, increspature del tessuto dello spazio-tempo che permea il nostro universo. Sono generate dai più violenti fenomeni astrofisici che avvengono nel cosmo, come la fusione di stelle di neutroni e di buchi neri o l’esplosione di stelle come supernovae. Si propagano alla velocità della luce, portando intatte fino a noi informazioni sulle loro sorgenti.

Soltanto negli ultimi decenni sono state acquisite le tecnologie per costruire strumenti sufficientemente sensibili per la rivelazione delle onde gravitazionali sulla Terra. Individuate il 14 settembre di due anni fa, sono state prodotte nell’ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri in un unico buco nero. Questo processo era stato previsto ma mai osservato prima, e dà anche conferma dell’esistenza di buchi neri di massa stellare superiore a 25 masse solari. L’osservazione delle onde gravitazionali è stata realizzata dalle collaborazioni scientifiche Ligo e Virgo. La scoperta apre una nuova visione dell’Universo con l’astronomia gravitazionale. È come se finora avessimo osservato il cosmo attraverso radiografie mentre ora fossimo in grado di fare l’ecografia del nostro Universo.

Buchi neri, interferometro e stelle di neutroni

I buchi neri sono regioni dello spazio nelle quali la forza di gravità è così elevata che qualsiasi cosa giunga nelle vicinanze – luce compresa – viene attratta e catturata. I buchi neri non emettono radiazioni, perciò non sono individuabili. Si originano quando una stella di massa superiore al Sole esplode secondo una modalità particolare (molto energetica). Ciò che rimane è un nucleo estremamente denso e massiccio che attira verso di sé la materia circostante. Se la sua massa è particolarmente grande si attiva un processo di collasso infinito e si forma un buco nero.

L’interferometro è uno strumento che, grazie a uno specchio, scompone un fascio di luce in due fasci perpendicolari di uguale intensità. Questi fasci percorrono un’uguale distanza prima di incontrare due specchi che li riflettono. I fasci di luce rimbalzano nello specchio, interferiscono fra loro e creano una serie di anelli circolari concentrici: uno luminoso e uno scuro. Se un’onda gravitazionale viene intercettata dall’interferometro (che agisce come un’antenna), i fasci di luce subiscono si muovono e gli anelli concentrici si spostano.

Le stelle di neutroni sono corpi celesti di dimensioni ridotte – il loro raggio misura qualche decina di chilometri – ma con una densità altissima. Per questo hanno un campo gravitazionale fortissimo. Rappresentano l’ultima fase di vita delle stelle più calde e luminose. Queste stelle, dopo aver esaurito il materiale combustibile che le compone, iniziano un processo degenerativo di collasso gravitazionale (una forte compressione) durante il quale gli elettroni e i protoni (le particelle negative e positive che compongono l’atomo) si trasformano in neutroni.

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