Chi fa le onde gravitazionali?

Lo spazio cosmico non si riposa mai. Accadono cose continuamente, cose di cui stupirsi: anche nelle regioni più lontane. Cosa sta accadendo – ad esempio – al centro della galassia attiva chiamata 3C75? Non è proprio dietro l’angolo, perché la distanza stimata si aggira intorno ai 300 milioni di anni luce, ma è parecchio interessante, comunque

Crediti: X-Ray: NASA/CXC/D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

L’immagine è una combinazione di dati in banda X e radio, e mostra due buchi neri di grande massa che “danzano” all’interno di 3C 75, ad una distanza relativa di circa 25000 anni luce. Sono circondati da gas caldo (ma proprio caldo, parliamo di milioni di gradi) e sputano fuori getti di particelle relativistiche, come se piovesse (o anche molto di più).

Tutto questo avviene proprio al centro dell’ammasso di galassie chiamato Abell 400. Gli astronomi ritengono che i due enormi buchi neri continueranno il loro paziente corteggiamento cosmico ancora per alcuni milioni di anni, per poi finalmente fondersi insieme, a formare un unico buco nero di massa veramente enorme.

Negli stadi finali della danza – come sappiamo – il sistema diventerà una potente sorgente di onde gravitazionali, sulla scorta di quanto abbiamo avuto modo di registrare, negli ultimi tempi, per configurazioni simili.

Dunque stiamo osservando gli attori di un gioco cosmico che ha contribuito non poco ad aprirci gli occhi su un nuovo modo di vedere l’universo. E probabilmente, anche di pensarlo.

Imparando, da questo, che c’è un campo ancora vastissimo da esplorare, da capire. E soprattutto, che le sorprese non sono mai finite.

Dalle onde gravitazionali… alle onde sonore!

E’ normale. Dopo l’entusiasmante scoperta di cui abbiamo debitamente dato notizia qualche giorno fa, tutti i media, dalle tv ai giornali, parlano diffusamente di queste onde gravitazionali: sono veramente un tema nuovo capace di ridestare interesse verso lo studio del cielo e dei fenomeni che vi avvengono.  Un tema, a nostro modesto avviso, che ci può portare anche ad una sostanziale ridefinizione di come pensiamo al cosmo sconfinato, ed al nostro ruolo in esso.

E’ dunque una scoperta che ha una tale portata culturale che interessa di fatto una cerchia di persone ben più vasta dei classici addetti ai lavori, e riteniamo che meriti di essere compresa dal pubblico più vasto, almeno nei suoi tratti fondamentali.

D’accordo: ma ora che avete letto tutti questi approfondimenti, che li avete (anche) pazientemente digeriti, avete davvero capito che cos’è che oscilla in un’onda gravitazionale? Se ve lo chiedessero, sapreste rispondere?

Vero: ci hanno fatto l’esempio delle onde d’acqua in uno stagno, ma queste nuove onde si propagano pure nel vuoto assoluto, perciò – propriamente parlando – non c’è un mezzo che viene ondulato. Come la mettiamo?

Come onde nell’acqua? Ma se l’acqua non ci fosse…? C’è qualcosa da capire, più in profondità….

Giusto: ci hanno anche detto, in varie occasioni, che sono “oscillazioni dello spazio” che accorciano e allargano lo spazio tra due masse distanti, dunque noi le vediamo perché misuriamo la variazione di questa distanza. Ma, un momento: se si accorcia “lo spazio” si accorcia pure il metro che fa la misura, perciò (a rigore) non ce ne potremmo mai accorgere e misureremmo sempre la stessa distanza. Oppure non è così?

Infine, qualcuno ha detto, più correttamente, che l’onda gravitazionale è un’oscillazione della “curvatura” dello spazio-tempo… belle parole, anche abbastanza roboanti, ma che cosa vogliono dire davvero? Insomma, è possibile formarsi un quadro comprensibile e al tempo stesso corretto?

Ci hanno provato l’anno scorso, in occasione della prima rivelazione delle onde gravitazionali, i nostri amici di Fisicast… e secondo noi, ci sono anche riusciti!

Dunque con piacere vi invitiamo ad ascoltare la puntata (anche su YouTube o iTunes) che guadagna una nuova attualità proprio alla luce degli ultimi risultati scientifici!  Se aveste domande, potete commentare qui oppure direttamente sul sito di Fisicast. Troverete persone ben disposte a trattare amichevolmente questi argomenti così fuori dall’esperienza comune. Per poter finalmente arrivare ad un po’ di chiarezza, ad una comprensione che (sperabilmente!) si muova oltre la superficie un po’ approssimativa della notizia di agenzia, ma affondi la sua consistenza nel terreno solido ed affascinante della fisica di base.

Quella fisica che portò un certo Albert Einstein proprio alla predizione di queste elusive ondulazioni, esattamente un secolo fa.

Segni di un cosmo dorato…

Stavolta sono state viste tutte e due: le onde gravitazionali e quelle elettromagnetiche (insomma, quelle a noi decisamente più congeniali). Per la prima volta nella storia dell’astronomia. Ma l’astrofisica gravitazionale, non ci sta risparmiando sorprese. Come a dirci, è un campo nuovo, un campo eccitante. Non lo vedete? Non mi vedete? 

I dati che abbiamo, ormai lo sapete, si spiegano benissimo con la faccenda di due stelle di neutroni avviluppate in una danza inestricabile, che le porta a fondersi l’una con l’altra, in breve tempo.

Va appena ricordato che le stelle di neutroni sono già di loro cose parecchio strane, e ben poco hanno a che fare con le stelle “normali” di cui ci siamo occupati spesso. Sono fatte di materia così “pigiata” da essere pesantissima, usualmente dovute al collasso gravitazionale di una stella di massa molto elevata (dieci volte il Sole o giù di lì). La materia – in stato “degenere”  è così densa che una stella di neutroni di poche decine di chilometri di diametro, può benissimo avere una massa superiore a quella del nostro Sole.

L’episodio di cui parliamo è stato registrato il giorno 17 agosto nella galassia vicina NGC 4993, una gigante ellittica distante da Terra “appena” 130 milioni di anni luce. E qui c’è qualcosa che ha cambiato le carte in tavola, facendo fare un balzo in avanti sorprendente alla neonata astrofisica gravitazionale. C’è  – se vogliamo metterla così – che lo sconosciuto è venuto incontro a ciò che invece è già ben conosciuto, gli ha teso la mano, gli ha fornito nuovo valore. E hanno camminato insieme. Portandoci a scoprire nuove cose, a legare quel che si conosce con quello che si scopre, nell’evidenza solare del fatto che uno rafforza l’altro.

Detta in modo più scientifico, la cosa è questa: pochi secondi dopo la rilevazione delle onde gravitazionali da parte degli esperimenti LIGO e Virgo, il telescopio orbitante Fermi ha rilevato un treno di raggi gamma, e qualche ora dopo sia Hubble che altri osservatori hanno rilevato i fotoni dello spettro elettromagnetico, legati all’evento.

Questo video decisamente suggestivo mostra due stelle di neutroni molto calde, nei momenti finali in cui l’orbita stretta in cui sono avvinte le porta ad una cospicua emissione di onde gravitazionali, appunto quella rilevata da Terra. Nel momento della (inevitabile) completa fusione, si forma un jet assai potente che genera un lampo gamma (di quelli a durata breve). A breve distanza di tempo, si ha anche la formazione di una sorta di supernova, per la precisione chiamata kilonova.

Questa significativa coincidenza tra quel che si vede (radiazione in banda ottica) e quel che non si vede (onde gravitazionali, raggi gamma) conferma che gli eventi che “vede” LIGO possono essere associati con lampi gamma di breve durata. Gli scienziati sono portati a pensare che queste fusioni di stelle di neutroni possano aver disseminato nell’universo una buona quantità di elementi pesanti,  compreso lo Iodio, necessario alla vita, ed uranio e plutonio.

E non solo. La cosa che ha molto colpito l’immaginario collettivo, in questi giorni, è che potrebbe verificarsi una produzione cospicua di un elemento ritenuto assai prezioso, ovvero l’oro. Insomma, in questo momento, proprio in questo momento, potreste portare al collo, o al dito, il risultati esatto di uno di questi eventi.

Così, tanto per arrivarci dentro, col corpo prima ancora che con il ragionamento: lo spazio profondo e il nostro cuore, il nostro esistere, i nostri stessi ornamenti con cui ci presentiamo nel mondo, sono legati a filo doppio. Siamo dunque in connessione, in mo(n)di inaspettati, con l’infinitamente energetico, con l’infinitamente lontano.  

Sempre.

Un Nobel… gravitazionale

Il Nobel per la fisica, l’avrete saputo, va ai fondatori e costruttori di LIGO, lo strumento che ha reso possibile per la prima volta la rilevazione delle onde gravitazionali, queste elusive increspature dello spazio, predette dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma mai viste fino ai tempi più recenti.  E che ci costringono, come molta parte della scienza moderna, a ripensare l’Universo in termini forse un po’ diversi da quelli un po’ meccanicistici,  ai quali siamo abituati.

Sappiamo che si deve alla coppia di interferometri LIGO, se il 14 settebre dell’anno 2015, siamo stati in grado per la prima volta di rilevare queste infinitesimali deformazioni dello spazio tempo, aprendo finalmente una nuova finestra di indagine sull’Universo.

Il Nobel in questo senso, è altamente significativo. Sancisce indelebilmente il trionfo completo, prima di tutto, della teoria della relatività generale, corroborandone le previsioni con una precisione veramente encomiabile. E allo stesso tempo, donando inaspettata forza sia al nostro modello scientifico di Universo (fortemente plasmato sulla teoria di Einstein, appunto) sia alle ricerche più attuali su oggetti così esoterici e bizzarri come i buchi neri di massa intermedia.

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Note sulla quarta onda…

La neonata astrofisica gravitazionale sta facendo rapidissimi passi avanti. E’ una scienza ancora bambina, lo sappiamo: ma vuol crescere in fretta. E riesce a farlo bene, dovremmo dire.

Lo sapete, siamo alla quarta rilevazione di un’onda gravitazionale, ormai. Correrebbe quasi il rischio di non fare notizia. Se non fosse per questi passi avanti, veramente giganteschi. Questa volta, per l’evento denominato GW170814, rilevato il giorno prima di Ferragosto, si è “mosso” anche il rilevatore Virgo, a Pisa. Cambiando radicalmente le carte in tavola, rispetto ai tre eventi precedenti a questo.

Per capirlo, una sola figura è forse più efficace di tante parole.

La zona di cielo da dove arriva l’onda.

La zona di cielo dove localizzare l’evento (nella fattispecie, la fusione di due buchi neri di massa circa pari a 35 e 25 volte il Sole, distanti circa 1,8 miliardi di anni luce) – proprio grazie all’entrata in funzione di Virgo – è decisamente più piccola, rispetto ai primi tre eventi. Iniziamo in altre parole a vederci meglio, a capire da dove vengono queste onde, a rendere possibile un aggancio e una correlazione con dati di altri strumenti, aprendo finalmente la strada alla identificazione in cielo delle sorgenti di queste onde così elusive.

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