Onde Gravitazionali: un nuovo modo di osservare l’universo

A meno che non vivate in una boccia di vetro ed abbiate la memoria di un pesce rosso avete sentito parlare di onde gravitazionali, di quanto è intelligente Einstein e di buchi neri che vanno a sbattere.

Di articoli specializzati in merito ne potete leggere parecchi (e in fondo ne consiglio qualcuno) e non pretendo di fare chissà che: il fatto è che insegnando fisica alle scuole superiori (sono un precario) farò una lezione ai miei studenti per fargli capire cosa è stato scoperto… così ho cercato, video, immagini e quant’altro possa servire a far capire anche ai meno portati per le materie scientifiche cos’è successo (anche per i meno anglofoni).

Partiamo dalla notizia… il LIGO, cioè Osservatorio Laser Interferometrico di onde Gravitazionali, ha avuto un colpo di preparata fortuna ed il 14 settembre 2015 è riuscito ad osservare un segnale con il proprio strumento. C’è voluto qualche mese di analisi dei dati a disposizione, di simulazioni al computer per confermare il fatto che era un segnale “buono” e non altro e per darne una spiegazione: si è trattato di onde gravitazionali che due buchi neri hanno emesso negli ultimi instanti del loro collasso, uno nell’altro. Vediamo un pezzo alla volta cosa vuol dire.

La Gravità ed Einstein: il famoso scienziato nel 1915 formulò la teoria della relatività generale. Una delle idee alla base di questa teoria molto complessa è che la gravità non funziona come abbiamo sempre pensato: non c’è una Forza che attira i due corpi… è come se ci fosse, ma non c’è.

La differenza che non c’è anche se sembra si può vedere bene solo nel caso di corpi con molta massa come pianeti, stelle e buchi neri: per tutte le cose più semplici non c’è nessuna differenza (in questo senso Newton e la sua mela sono sempre “giusti”).

Ecliptic plane 3d view
immagine di wikipedia

Per capire meglio e visualizzare partiamo da una piccola gif animata che rappresenta il nostro sistema solare: c’è il sole al centro ed intorno ad esso orbitano i pianeti… che si muovono piano dell’eclittica, quella piccola griglia bianca.

State immaginando tutto questo in tre dimensioni, anzi in quattro perché i pianeti si muovono nel tempo, bene. Ora togliete una dimensione, quella “verticale” (ossia la perpendicolare all’eclittica) ed ottenete un piano su cui si muovono i pianeti. Immaginate ora di aggiungere di nuovo una dimensione verticale in questo grafico tridimensionale che vi siete fatti in testa, in cui più un corpo ha massa più intorno ad esso la griglia del piano va verso il basso…

Un po’ complicato da immaginare, no? Ecco perché c’è chi ha trovato il modo di costruire fisicamente questo grafico: basta prendere un po’ di tela elastica, legarla ad un cerchio più o meno grande, metterci un peso nel mezzo e poi divertirsi come dei bambini a lanciarci dentro delle biglie… Vedete qui accanto un filmato presente su youtube ma cercando gravity waves, spandex gravity, rubber gravity trovate un sacco di cose buffe.




il video è un po’ lungo ma divertente se capite l’inglese bene, altrimenti skippate qua e là. Tra l’altro fa vedere anche le lune che orbitano intorno ai pianeti: 21milioni di visualizzazioni per questo omino, bravo!

Non è quindi che il sole e la terra esercitano una forza di attrazione gravitazionale uno sull’altro: è come se… ma in realtà ciò che succede è che entrambi i corpi celesti piegano il tessuto dello spazio-tempo di spandex e dato che loro si muovono su di esso non possono fare a meno di seguire quelle traiettorie che formano un’orbita.

Le onde gravitazionali: è conoscenza comune che secondo la relatività di Einstein niente può viaggiare più veloce della luce, bene.

Immaginiamo una stella/un peso in un grafico di spandex come quello di prima, ed immaginiamo lo spandex mooolto esteso. Se incominciamo a spostare velocemente il peso in una direzione è facile immagiare che lo spandex davanti sia un po’ più incurvato e quello dietro meno perché lo spandex ci mette qualche istante per accorgersi che il peso si è mosso.

È la stessa cosa che accade quando una barca si muove velocemente sulla superficie di un lago: se si muove lentamente non crea increspature, se si muove troppo velocemente allora l’acqua non ha abbastanza tempo per ristemarsi che la barca continua a, per così dire, “venirgli addosso”.

Questa cosa secondo Einstein doveva avvenire anche per il campo gravitazionale e quindi ha ipotizzato che esistessero delle onde gravitazionali.

Allora perché è così difficile vederle? Perchè, diciamo così, lo spazio-tempo è molto “veloce” a risistemarsi quindi serve un corpo con TANTA massa e che vada MOLTO veloce per creare delle increspature.

Tipo due buchi neri che hanno ciascuno la massa di una trentina di soli, che sono come due sfere di un 130 chilometri di diametro che girano uno intorno all’altro a metà della velocità della luce.

Chiudo questa prima parte con il video della simulazione al computer che fa vedere i due buchi neri che orbitano uno intorno all’altro e che emettono poi onde gravitazionali, notare come tutto il video corrisponda a sette decimi di secondo e la parte finale del fenomeno duri solo qualche centesimo di secondo.

Pippo Jedi