Le onde che svelano nuovi segreti dell'Universo: l'Italia, con una rilevazione alla settimana, in prima linea

    L’Italia ha ottenuto e continua a mantenere un ruolo chiave nel campo delle onde gravitazionali con il telescopio Virgo. A 10 anni di distanza dalla prima, la rilevazione di onde gravitazionali diventa più frequente e nuovi telescopi sono in dirittura di arrivo.

    A 10 anni di distanza dalla scoperta della prima onda gravitazionale, oggi si arriva a rilevarne fino a 1 alla settimana.
    A 10 anni di distanza dalla scoperta della prima onda gravitazionale, oggi si arriva a rilevarne fino a 1 alla settimana.

    Sono passati 100 anni esatti prima di riuscire a rivelare la prima onda gravitazionale. Einstein ne aveva ipotizzato l’esistenza nel 1916 come conseguenza della Relatività Generale. Scriveva il grande scienziato che la massa e l’energia deformano lo spazio e che eventi energetici estremi possono anch’essi produrre delle “increspature” nello spazio, appunto le cosiddette “onde gravitazionali".

    Cos’è un’onda gravitazionale

    Le onde gravitazionali sono fluttuazioni dello spazio-tempo. Sono generate da fenomeni cosmici estremi. Ad esempio, quando coppie di oggetti massicci, come buchi neri o stelle di neutroni, orbitano e si avvicinano fino a coalescere, cioè fondersi in un unico oggetto, rilasciano energia sotto forma di onde che si propagano attraverso l’Universo alla velocità della luce. Queste onde di ampiezza infinitesima, anche inferiori alle dimensioni di un atomo, “increspano” lo spazio stesso attraverso cui si propagano.

    Due rivelatori di onde gravitazionali, LIGO negli Stati Uniti e l’europeo Virgo, con sede in Italia a Cascina in provincia di Pisa, il 14 settembre del 2015 rivelarono la prima onda gravitazionale. L’annuncio di questa scoperta fu reso pubblico l’11 febbraio 2016, confermando per la prima volta l’esistenza delle onde gravitazionali e aprendo la nuova branca dell’astronomia delle onde gravitazionali.

    Come si rilevano queste onde

    La tecnica utilizzata è quella dell’interferometria. I rivelatori di onde gravitazionali, come Virgo e LIGO, hanno configurazioni simili: due bracci perpendicolari (sostanzialmente due tunnel sotterranei) di alcuni chilometri, ma esattamente della stessa lunghezza. Un raggio laser viene diviso e inviato lungo ciascun braccio.

    Un esempio della figura di interferenza che si forma quando i due fasci laser vengono ricombinati dopo aver percorso bracci le cui lunghezze sono state modificate differenzialmente dall'onda gravitazionale.
    Un esempio della figura di interferenza che si forma quando i due fasci laser vengono ricombinati dopo aver percorso bracci le cui lunghezze sono state modificate differenzialmente dall'onda gravitazionale.

    Quando un’onda gravitazionale raggiunge la Terra e attraversa l’interferometro, altera lievemente la lunghezza dei bracci per cui i due fasci laser, percorrendo distanze leggermente diverse, quando vengono fatti ricombinare producono una figura di interferenza. Analizzando la figura di interferenza della luce, gli scienziati possono misurare queste distorsioni e ricostruire le proprietà della sorgente cosmica.

    Un campo in piena espansione

    Ora sono passati 10 anni dall’annuncio della prima onda gravitazionale rivelata. Una delle grandi sorprese di questi ultimi 10 anni è stata la frequenza sempre crescente delle rilevazioni.

    Oggi Virgo e LIGO captano regolarmente onde gravitazionali fino ad arrivare a una rilevazione alla settimana! Questo comporta una maggiore statistica sul fenomeno e più possibilità di comprendere fenomeni astrofisici rari e complessi.

    Grazie agli esperimenti Virgo e LIGO si rivela mediamente 1 onda gravitazionale a settimana

    Grazie alla misurazione delle onde gravitazionali, sono stati fatti negli ultimi 10 anni enormi progressi su diverse problematiche astronomiche. Le onde hanno permesso di confermare l’esistenza di buchi neri in sistemi binari: il primo evento, denominato GW150914, ha mostrato che buchi neri di massa stellare possono orbitare e fondersi.

    Un’altra rilevazione del 2017, generata dalla fusione di un sistema di stelle di neutroni, è stata rivelata anche con onde elettromagnetiche, permettendo di studiare l’origine di elementi pesanti come oro e platino.

    Questo approccio in cui si utilizzano contemporaneamente tipologie diverse di osservazioni viene oggi chiamata astronomia multimessaggera. Grazie ancora alle onde gravitazionali stiamo riuscendo ad osservare molte fusioni che ci aiutano a sondare la popolazione di buchi neri, la formazione stellare e persino possibili tracce di materia oscura o energia oscura.

    L’Italia in prima linea

    L’Italia ha avuto e sicuramente manterrà in futuro un ruolo centrale nel campo delle onde gravitazionali.

    Veduta aerea dell'ex miniera di Sos Enattos, i cui tunnel sotterranei potrebbero ospitare l'Einstein Telescope.
    Veduta aerea dell'ex miniera di Sos Enattos, i cui tunnel sotterranei potrebbero ospitare l'Einstein Telescope.

    Oltre alla rivelazione con strumenti di punta della ricerca fisica e astronomica, la comunità scientifica italiana è protagonista nella ricerca teorica, nell’elaborazione dei dati e nello sviluppo di tecnologie avanzate.

    Nonostante il lavoro eccellente svolto da Virgo, la ricerca si concentra su strumenti di nuova generazione. Parliamo del Telescopio Einstein. E’ un progetto europeo che prevede un osservatorio sotterraneo con bracci di interferometro lunghi 10 km e l’Italia, con il sito sardo di Sos Enattos, è tra le nazioni candidate ad ospitarlo.

    Questo nuovo telescopio permetterà di spingersi ancora più lontano nell’Universo, aprendo la porta alla possibile osservazione di segnali primordiali e fenomeni cosmici mai visti prima.