Onde gravitazionali TL;DR

Albert EinsteinNel 1916 Albert Einstein pubblica la teoria della relatività generale in cui, tra le altre cose, viene postulata l’esistenza delle onde gravitazionali, una perturbazione della struttura dello spazio-tempo causata da due corpi di massa enorme che orbitano a distanza ravvicinata.

Il problema più grosso è come rilevare questa perturbazione. 

Il sistema di rilevamento del LIGO è formato da due tunnel di quattro chilometri disposti ad angolo retto tra loro all’interno dei quali un complesso sistema di laser riesce a misurare la variazione della distanza tra gli estremi dei tunnel pari a un decimillesimo del raggio del protone. In scala, è come rilevare una variazione pari al diametro di un capello umano sulla distanza da qui a Proxima Centauri. È un casino, ma ce l’hanno fatta.

Bisognava solamente attendere un evento visibile con altri metodi tale da generare delle onde gravitazionali rilevabili, ovvero era necessario avere la ragionevole sicurezza che una perturbazione rilevata dai laser fosse associabile ad un evento definito. Bisognava attendere che un evento venisse rilevato da due siti diversi per avere la ragionevole sicurezza che non si trattasse di un errore della strumentazione (vedi commento di Andrea Martinotti).

L’evento è stata la collisione di due buchi neri a 1,3 miliardi di anni-luce da noi, uno con una massa di 36 volte quella del nostro sole, l’altro un po’ più leggero, 29 masse solari. La collisione ha dato vita ad un nuovo buco nero di 62 masse solari.

A chi si chiede dove siano finite le restanti tre masse solari la risposta è: convertite in energia in base alla nota relazione E = mc²

Se pensate che la massa del nostro sole viene convertita in energia per fornire luce e calore per circa 10 miliardi di anni, avete un’idea di cosa succede quando il triplo di quella massa viene convertito in energia in un tempo relativamente breve.

Parte di quella energia è stata tale da riuscire a deformare la struttura dello spazio-tempo, creando, appunto, delle onde gravitazionali che si sono propagate alla velocità della luce e sono state rilevate da due LIGO [PDF] il 14 settembre 2015 alle 9:51 UTC, uno in Louisiana e l’altro nello stato di Washington.

Qui un video in inglese che spiega cosa siano le onde gravitazionali.

L’articolo è stato corretto dopo la prima pubblicazione.

Autore: Luigi Rosa

Consulente IT, sviluppatore, SysAdmin, cazzaro, e, ovviamente, geek.

7 pensieri riguardo “Onde gravitazionali TL;DR”

  1. Una precisazione: non risulta che l’evento di collisione dei due buchi neri sia stato osservato o rilevato con altri metodi oltre a quello utilizzato dal LIGO, ossia tramite la registrazione delle onde gravitazionali prodotte. In effetti la presenza del sistema binario di buchi neri non era affatto nota prima dell’evento.

    Infatti una delle numerose pietre miliari conseguite dall’esperimento consiste nella prima rilevazione in assoluto dell’esistenza di sistemi binari di buchi neri, come pure di un evento di coalescenza tra buchi neri. Quelle che finora erano ancora solo ipotesi (benché suffragate da una mole di indizi indiretti) ottengono così la piena cittadinanza nel campo dei fenomeni fisici rilevati sperimentalmente.

    Ma come è stato possibile avere “la ragionevole sicurezza che una perturbazione rilevata dai laser fosse associabile ad un evento definito”, ossia di origine astronomica e non terrestre, se l’evento non era visibile con altri metodi?

    Il problema di dimostrare l’origine astronomica delle perturbazioni rilevate dal LIGO viene risolto principalmente dal fatto che le due stazioni di osservazione sono poste a grande distanza l’una dall’altra. Questo permette di filtrare, tramite il confronto dei dati, le rilevazioni spurie causate da eventi locali, come ad esempio le onde sismiche. La dislocazione spaziale delle stazioni permette inoltre di ricavare la direzione di provenienza del segnale, grazie allo sfasamento temporale tra il rilevamento effettuato da una stazione e quello effettuato dall’altra. In questo caso lo sfasamento è stato di 7 millisecondi e ha permesso di stabilire che il segnale ha avuto origine nella direzione delle Nubi di Magellano, mentre la distanza alla quale l’evento si è verificato (molto più in là delle Nubi stesse) è stata calcolata a partire dall’ampiezza del segnale.

    Tuttavia non è possibile ricavare una localizzazione precisa dell’evento, come mostra l’immagine seguente:

    http://bit.ly/1LhzMyi

    In futuro, quando la rete di rilevazione sarà più ampia e gli strumenti saranno ancora più sensibili, le coordinate celesti delle sorgenti di onde gravitazionali saranno individuabili con maggiore precisione.

    1. Infatti mi pare di aver letto da qualche parte, che la localizzazione non è potuta essere più precisa perchè il nostro rilevatore Virgo era spento e non ha potuto registrare l’evento.
      Aspettiamo quindi il ripristino del Virgo, e un altra botta di fortuna per un altro evento in modo che possa essere rilevato da tutti.

      1. Fino all’annuncio dell’esistenza delle onde gravitazionali non sapevo dell’esistenza del Virgo, e di colpo ho scoperto che a poche ore di viaggio da casa mia c’è un interferometro di Michelson con bracci da 3 km! Spero di poterlo visitare presto.

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