14 settembre 2015

Il 14 settembre 2015, alle 9.50 e 45 secondi ora di Greenwich, un’onda gravitazionale generata dalla fusione di due buchi neri di 29 e 36 masse solari ha attraversato i due rivelatori Ligo (a Hanford, nello stato di Washington, e a Livingston, in Louisiana), dopo un viaggio durato oltre un miliardo di anni, depositandovi una minuscola quantità di energia. Tale piccolissimo segnale, denominato GW150914 (“gravitational wave” del 14-09-15), è stato rivelato dagli algoritmi di analisi che operano in tempo quasi-reale, sviluppati dalla collaborazione Ligo-Virgo, ed è stato poi confermato da successive analisi più accurate. L’esistenza delle onde gravitazionali, previste da Einstein esattamente un secolo fa, è stata così dimostrata in modo diretto e con una significatività statistica da non lasciare ombra di dubbio. Fine della storia? Neanche per sogno! In effetti questa prima rivelazione diretta, seguita da una seconda a pochi mesi di distanza, il giorno di Santo Stefano (prodotta in questo caso dalla fusione di due buchi neri di 7 e 14 masse solari), rappresenta un evento epocale per la fisica, soprattutto perché sancisce, dopo quasi mezzo secolo di incredibili sforzi sperimentali, la nascita di una nuova branca: la cosiddetta “astronomia gravitazionale”. Le onde gravitazionali costituiscono un mezzo di osservazione complementare alla radiazione elettromagnetica, che è alla base dell’astronomia tradizionale, ma anche ai neutrini e ai raggi cosmici. L’osservazione dell’universo attraverso le onde gravitazionali permetterà di studiare con un dettaglio senza precedenti fenomeni celesti che coinvolgono oggetti compatti, come stelle di neutroni e buchi neri e in futuro, forse, anche di “osservare” i primissimi istanti di vita dell’universo. Quali saranno allora i prossimi passi sperimentali che permetteranno di consolidare l’avvento dell’astronomia gravitazionale? Un primo aspetto fondamentale è l’espansione della rete di rivelatori. Nella prima metà del 2017 Virgo completerà l’upgrade e “Advanced Virgo” si aggiungerà ai due rivelatori Ligo. Avere una rete di almeno tre rivelatori è un requisito fondamentale per localizzare con ragionevole accuratezza la posizione della sorgente, in particolare nel caso di segnali gravitazionali “transienti”, ovvero di breve durata. Conoscere la posizione delle sorgenti ne semplifica di molto il follow-up, che consiste nel cercare, tramite i telescopi, un’eventuale controparte elettromagnetica, prevista ad esempio nel caso della fusione di due stelle di neutroni o di un’esplosione di supernova (vd. Non solo buchi neri, ndr). Operare con una rete di rivelatori porta dei benefici anche alla ricerca delle onde gravitazionali “continue” che, al contrario, hanno una durata lunga rispetto ai tipici tempi di osservazione. A questa categoria appartengono, ad esempio, i segnali emessi da stelle di neutroni in rapida rotazione su se stesse, come le pulsar, a causa di una qualche “asperità” sulla superficie. Una rete di rivelatori distribuita geograficamente è poi indispensabile per rivelare il “rumore di fondo” gravitazionale di origine cosmologica o astrofisica, poiché il segnale in un singolo rivelatore non sarebbe distinguibile dal rumore strumentale. In generale, una rete di rivelatori permette di aumentare la cosiddetta “confidenza” in una rivelazione. Se un segnale, infatti, è osservato in più rivelatori con caratteristiche coerenti (la forma d’onda, l’ampiezza e così via), la probabilità che sia dovuto a una semplice fluttuazione del rumore strumentale si riduce enormemente. La rete di rivelatori gravitazionali continuerà a espandersi nei prossimi anni. Nel 20182019 è prevista l’entrata in funzione dell’interferometro giapponese Kagra, costruito sottoterra, per ridurre l’impatto del rumore sismico, e con specchi raffreddati a 20 Kelvin per ridurre il rumore termico. Intorno al 2022 dovrebbe essere la volta di Indigo, una copia di Ligo, che verrà costruito in India. Il via libera del governo indiano al progetto Indigo è avvenuto il 17 febbraio 2016, sei giorni dopo l’annuncio della rivelazione di GW151014, e dopo un’attesa di oltre due anni. E che non si dica che le onde gravitazionali non hanno effetti pratici! {jcomments on}