Le onde gravitazionali

Lezione d'Autore Claudio Cigognetti

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▪ Negli ultimi cinquanta anni la rilevazione le 'increspature' dello spaziotempo prodotte dalle accelerazioni di masse gigantesche sono state più volte annunciate.

▪Dai primi calcoli di Albert Einstein, in articoli del 1916 e 1918, le equazioni di campo della relatività generale prevedono una soluzione di onde piane (increspature nello spazio-tempo) che viaggiano alla velocità della luce allontanandosi dalle sorgenti.

Introduzione (I)

▪ Le onde gravitazionali sono trasversali nel senso che il loro effetto è uno sforzo nel piano perpendicolare alla direzione di propagazione.

Introduzione (II)

▪ La possibilità di misurare le variazioni debolissime nella trama dello spazio-tempo sono state affrontate in modo sistematico dagli anni Cinquanta con la ricerca del fisico statunitense Joseph Weber.

Le antenne gravitazionali di prima generazione (I)

▪ I punti fermi fissati in quel periodo riguardano: 1) la consapevolezza dell’origine cosmica delle sorgenti; 2) la tecnica di impiegare almeno due antenne gravitazionali identiche e distanti per ovviare al problema di escludere gli eventi locali.

Le antenne gravitazionali di prima generazione (II)

▪ ll  rivelatore di Weber, che costituisce la prima "antenna" così realizzata per tali onde, consiste in una sbarra cilindrica di alluminio lunga 153 cm, di diametro 66 cm, sospesa con una corda d'acciaio per la sua sezione baricentrale. ▪ L'effetto di un'onda gravitazionale viaggiante lungo una direzione perpendicolare all'asse del cilindro consiste nel far variare la distanza fra i punti del cilindro stesso

Le antenne gravitazionali di prima generazione (III)

▪ Weber comunicò di avere osservato circa 7 coincidenze al giorno, dovute 'presumibilmente' a onde gravitazionali.▪ Questa presunta prova, causata da interferenze trascurate dal Weber stesso, venne poi solennemente smentita dalla comunità scientifica.

Una prima scoperta...ricoperta

▪ La smania di arrivare per primi all’annuncio di una scoperta sensazionale ha bruciato in questi ultimi anni anche un secondo gruppo di scienziati alle prese con la radiazione cosmica di fondo.

Una seconda scoperta... anch'essa ricoperta

▪ I componenti dell’esperimento BICEP2 nel 2014 hanno annunciato di aver trovato al tempo stesso prove dell’inflazione dell’universo e delle onde gravitazionali per poi ammettere errori nell’interpretazione dei dati.

▪ Solo nel 2016 l’intera comunità scientifica del settore, ha rivendicato la scoperta di due onde gravitazionali con tre articoli ufficiali

La scoperta...vera (I)

...firmati da oltre 1000 ricercatori impegnati nel progetto LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) e nell’italo-francese Virgo

▪ I due osservatori interferometrici di LIGO negli Usa che hanno rilevato i segnali

La scoperta...vera (II)

▪ Nei primi due lavori la sorgente cosmica è stata identificata in un sistema binario costituito da due buchi neri (36 e 29 masse solari) che avvicinandosi hanno formato un unico buco nero di massa 62 unità solari.

▪ Le circa tre masse solari “mancanti” hanno dato origine, 1,3 miliardi orsono, all’onda gravitazionale di frequenza variabile tra 30 e 250 Hz, rilevata il 14 settembre del 2015 con sfasamenti di pochi millesimi di secondo nei due osservatori statunitensi di LIGO.

La scoperta...vera (III)

La scoperta...vera (IV)

La scoperta...vera (V)

▪ L’analisi dei dati con il modello proposto è perfettamente compatibile con la teoria della relatività generale.

▪ Infine a metà giugno dello stesso anno è stato pubblicato un terzo articolo in cui si discute un secondo evento del 26 dicembre 2015 interpretato come fusione di due buchi neri più piccoli (14 e 8 masse solari) che hanno formato un unico black hole da 21 masse solari.

La scoperta...vera (VI)

▪ L’analisi dei dati con il modello proposto è perfettamente compatibile con la teoria della relatività generale.

▪ Infine a metà giugno dello stesso anno è stato pubblicato un terzo articolo in cui si discute un secondo evento del 26 dicembre 2015 interpretato come fusione di due buchi neri più piccoli (14 e 8 masse solari) che hanno formato un unico black hole da 21 masse solari.

FINE