Onde Gravitazionali

Per capire che cosa sono queste onde gravitazionali di cui tanto si è (spesso impropriamente)

parlato, e perché sono così effettivamente importanti, la prima domanda a cui dobbiamo rispondere è: cos'è lo spazio-tempo nella visione di Einstein e della sua Teoria della Relatività? Per non spaventarvi e per non richiedervi (e richiederci) troppi sforzi di fantasia rimarremo in un sistema di riferimento bi-dimensionale (dovremmo, per esatta correttezza scientifica, parlare di geometria tetradimensionale, ma preferiamo evitare per ovvi motivi) ovvero: ecco a voi lo spazio-tempo einsteiniano:

Un telo infinitamente lungo, come un grande lenzuolo. Questo è il tessuto spazio temporale. Per capire come funziona la forza di gravità (ovvero come i corpi influenzano questo tessuto), immaginiamo di poggiare una biglia sul telo suddetto. Formerà una piega. Un altro corpo che passi per la suddetta piega tenderà a cadere verso di essa o, in ogni caso, a modificare la propria traiettoria a seconda di questa curvatura dello spazio. La gravità è l’insieme di questi effetti. Questo piccolo corpo, se arrivato nella direzione giusta all'interno del campo gravitazionale della biglia (la piega) riuscirà ad inserirsi in un’orbita, come quelle che conosciamo tutti, come quella della Terra intorno al Sole (potremmo effettivamente descrivere un’orbita come una “caduta infinita”). Questo con due corpi di dimensioni normali. Ma cosa succede quando abbiamo due stelle di neutroni (410.000 miliardi di volte più dense del sole, in figura a sinistra) che ruotano una intorno all'altra in un sistema binario? E quando un buco nero enorme (29 masse solari) e un altro buco nero ancora più enorme (36 masse solari), si attirano tra loro e iniziano a sfrecciare l’uno verso l’altro a velocità comparabili a quella della luce?

Questi eventi estremi possono causare il fenomeno denominato "onde gravitazionali". Ma cosa sono? Utilizziamo il suddetto esempio di un sistema binario di buchi neri: vista la grandissima massa di questi oggetti concentrata in spazi minuscoli, essi sono capaci di agire in modo notevolissimo sul tessuto spazio-temporale. Due di essi possono, in alcuni casi, avvicinarsi abbastanza da essere influenzati l'uno dalla gravità dell'altro tanto da iniziare a spiraleggiare attorno ad un punto, detto "centro di massa", formando così il detto sistema binario. È necessario porre un'ulteriore premessa: noi siamo abituati a percepire la gravità come qualcosa di istantaneo, la cui azione è assolutamente immediata. In realtà, tuttavia, ogni influsso gravitazionale, ovvero ogni piegamento dello spazio-tempo causato dalla presenza di una massa in esso, si propaga attraverso quest'ultimo alla velocità della luce, che in effetti è la velocità alla quale l'Universo comunica con il suo stesso tessuto, cioè a cui le forze fondamentali si trasmettono. Il movimento continuo delle enormi masse dei buchi neri spiraleggianti modifica continuamente la posizione del centro di propagazione della deformazione gravitazione dello spazio tempo, causando un moto ondulatorio, esattamente come due biglie che spiraleggiano sulla superficie dell'acqua daranno luogo a delle piccole onde. Il risultato è che in uno spazio relativamente molto ridotto si riscontrano delle anomale variazioni nell'influenza gravitazionale, le quali sono effettivamente delle periodiche modifiche nella curvatura del tessuto spazio-temporale. Et voilà! Ecco a voi le famose onde.

Una domanda potrebbe ora sorgere spontanea: com'è possibile che gli effetti di questo tipo di

fenomeno, ipotizzato da zio Albert già nel 1915, siano stati rilevati per la prima volta solo un secolo dopo?

Essenzialmente, la gravità è una forza estremamente debole, di gran lunga la più debole delle forze fondamentali. È proprio per questo che per avere interazioni gravitazionali consistenti sono necessari oggetti enormi come pianeti o stelle, mentre bastano differenze di carica relativamente piccole per osservare l'interazione elettromagnetica (un'altra delle quattro forze fondamentali). Le onde gravitazionali, perciò, hanno ampiezze estremamente basse e a distanze astronomiche sono necessari rilevatori accuratissimi per osservarle.

Gli strumenti odierni sono ancora relativamente poco efficienti: abbiamo avuto bisogno, infatti, di un fenomeno raro ed estremamente energetico quale la fusione di due buchi neri - la quale ha rilasciato un'energia pari a circa tre masse solari - per osservare delle onde gravitazionali.

In futuro, tuttavia, questo fenomeno potrebbe essere sfruttato per sondare lo Spazio: per migliaia di anni l'Uomo ha osservato l'Universo solo grazie alle radiazioni elettromagnetiche (luce visibile, infrarossi, raggi X, ecc.); se si riuscisse a costruire rilevatori capaci di osservare onde gravitazionali di intensità minore, però, si potrebbero studiare da questo punto di vista oggetti molto più stabili attraverso fenomeni molto meno energetici, per esempio la lenta rotazione di un buco nero

super-massiccio (molte galassie, fra cui la nostra, ne hanno uno al proprio centro) o i movimenti

della materia presente in una grande nebulosa insondabile tramite comuni telescopi.

Per ora l'osservazione delle onde gravitazionali non è altro che un'ulteriore prova della validità del lavoro di Einstein, ma in futuro potrebbe costituire un importante e rivoluzionario strumento per studiare il Cosmo.