Le onde gravitazionali spiegate con un fumetto

Le onde gravitazionali spiegate con un fumetto

Cosa sono le onde gravitazionali e perché sono così importanti? Ve lo spieghiamo in maniera semplice grazie all'ausilio di un bellissimo fumetto dei ragazzi di PHD Comics

di Nino Grasso pubblicata il , alle 10:53 nel canale Sistemi
 

Una nuova rivoluzione è appena iniziata nel campo della scienza grazie ad un'intuizione di Albert Einstein di esattamente 100 anni fa. Per la prima volta nella storia sono state rilevate le cosiddette onde gravitazionali: il merito va a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), lo strumento che ha permesso di "osservare" per la prima volta il fenomeno. I dati sono stati analizzati in collaborazione con Virgo, che si trova a Casina, in provincia di Pisa. Virgo fa parte di European Gravitational Observatory (Ego) ed è finanziato dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e dal Consiglio Nazionale delle Ricerche francese (Cnrs).

La scoperta è stata annunciata lo scorso giovedì 11 febbraio dai membri di LIGO, un esperimento da 1 miliardo di dollari, 900 scienziati e 15 nazioni, che dal 2002 ha il solo fine di rintracciare l'esistenza delle onde gravitazionali. Le prime onde gravitazionali sono state rilevate osservando un fenomeno avvenuto nello spazio profondo circa 1,3 miliardi di anni fa, nello specifico la collisione e relativa unione di due buchi neri. Fondendosi, le due entità hanno rilasciato in una frazione di secondo l'energia genericamente prodotta dalla trasformazione della massa di tre soli in energia pura formando impercettibili onde gravitazionali. La scoperta consente in breve di rivoluzionare il campo della fisica e osservare fenomeni con una precisione fino ad oggi praticamente impossibile.

Cosa sono le onde gravitazionali? Per capire il concetto bisogna intendere lo spazio come un tessuto invisibile che si può allungare, restringere o torcere in diverse dimensioni, fra cui il tempo è una di queste. Da qui il concetto di spazio-tempo. Ogni cosa che ha una massa propria, a partire da un pianeta fino ad arrivare ad un corpo minuscolo, come può essere in relazione quello di un essere vivente, produce una deformazione in questo tessuto. Più è grande l'oggetto, o meglio più è "denso", maggiore è questa distorsione. Ma quando due oggetti di notevole massa si muovono con grande velocità sono in grado di distorcere lo spazio-tempo, in alcuni casi con energia sufficiente da innescare delle increspature. Queste increspature sono le onde gravitazionali, e possono essere paragonate sulla Terra alle onde che provoca un motoscafo quando accelera su uno specchio d'acqua calmo.

Questa descrizione delle onde gravitazionali non è stata mai verificata fino al 1974, quando gli astronomi Russell Hulse e Joseph Taylor hanno rilevato un fenomeno paragonabile a quello di due motoscafi che si muovono a spirale fra di loro. I due oggetti nello spazio erano in questo caso stelle di neutroni, stelle morte e con una notevole massa, formate durante una supernova. I due astronomi hanno scoperto che le due stelle erano in orbita l'una con l'altra e si sarebbero scontrate in circa 300 milioni di anni. Ma l'energia prodotta dal processo dove andava a finire? L'unica spiegazione si basava sulle intuzioni di Einstein: distorcendo i due corpi e la loro velocità lo spazio-tempo in maniera evidente, l'energia veniva dispersa sotto forma di onde gravitazionali.

I due astronomi hanno vinto il Premio Nobel qualche anno più tardi per la scoperta dello strano sistema spaziale, tuttavia non sono mai stati in grado di rilevare e osservare il fenomeno delle onde gravitazionali.

Come sono state osservate quindi le onde gravitazionali? Grazie a LIGO, un esperimento che utilizza due rilevatori specifici a forma di L. Il primo si trova in Lousiana, l'altro a migliaia di chilometri di distanza, nello stato di Washington. Gli strumenti utilizzano un trucco intelligente per vedere un fenomeno che di fatto non può essere visto ad occhio nudo: in caso di distorsione spazio-temporale non saremmo in grado di verificarlo paragonando la distanza di due oggetti, ma sfruttando la luce, e nella fattispecie la sua velocità per raggiungere un punto nello spazio, possiamo verificare se effettivamente ci sono state variazioni nel "tessuto".

Ogni segmento della L di LIGO si estende per 4 chilometri. Un raggio laser viene diviso nella curva della L e rimbalza verso entrambi i segmenti della L per poi ricongiungersi in un rilevatore. Senza la presenza di un'onda gravitazionale i due raggi formati dalla scissione si cancellano l'uno con l'altro, e il rilevatore non riceve alcuna luce. In presenza di un'onda gravitazionale, invece, uno dei due bracci del laser si ridurrà, l'altro invece si espanderà. Si tratta di una variazione assolutamente impercettibile sfruttando i nostri sensi, ma che si traduce in un mancato allineamento dei laser e conseguente ricezione di luce da parte del rilevatore. È questo il segnale della presenza dell'onda gravitazionale. Se entrambi i rilevatori, posizionati a migliaia di chilometri di distanza, rilevano il disturbo, allora è facile intuire che questo proviene dallo spazio.

Stando ai ricercatori, lo strumento è incredibilmente preciso e può rilevare una variazione di 5mm in un'oggetto lungo 1.000.000.000.000.000.000.000 metri. In altre parole può rilevare se la Via Lattea si è allungata o ristretta dello spessore di una matita. Il LIGO si basa su quello che possiamo definire un trucco, ma la rilevazione delle scorse ore dimostra che in effetti il trucco funziona.

Perché le onde gravitazionali sono così importanti per il futuro dell'astronomia? I ricercatori hanno affermato che le onde gravitazionali possono essere utilizzate come strumento per studiare l'universo con una precisione impensabile solo ieri. Sfruttandone la presenza si possono scoprire fenomeni avvenuti nello spazio ore prima rispetto a quanto possibile con un comune telescopio perché le onde gravitazionali arrivano più velocemente rispetto alla luce. Inoltre, alcuni fenomeni, come la formazione dei buchi neri da una supernova, si verificano prima sul nucleo della stella e non sulla superficie. Ricevendo in anteprima il segnale del verificarsi del fenomeno, quindi, gli astronomi possono puntare telescopi ed altri strumenti verso la fonte e osservare processi di varia natura. Si riuscirà così a studiare fenomeni - come quelli che hanno dato la luce al nostro universo e alla stessa Terra - in modo molto più approfondito e accurato rispetto ad oggi.

Le onde gravitazionali possono permettere inoltre di capire quello che succede all'interno di una stella morente. Un telescopio può mostrare solo quello che succede sulla superficie, ma per capirne il processo alla base, le sue motivazioni, bisogna "osservare " il nucleo, che è poi la fonte di vita di un nuovo buco nero. Al momento i buchi neri possono essere "esplorati" solamente attraverso rappresentazioni grafiche realizzate digitalmente. Sfruttando la nuova scoperta, i ricercatori saranno inoltre in grado di stabilire con quale frequenza si verificano fenomeni di questo tipo nella Via Lattea. Fino a ieri la scienza non aveva alcuna idea sulla questione,  ma con quanto osservato attraverso LIGO possiamo intuire che non sono così rari e potrebbero verificarsi anche 2 o 3 volte ogni 100 anni.

Onde gravitazionali spiegate in maniera semplice

Onde gravitazionali spiegate in maniera semplice

Onde gravitazionali spiegate in maniera semplice
Le onde gravitazionali spiegate in maniera semplice - Fonte: PHD Comics

65 Commenti
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Benna8012 Febbraio 2016, 11:01 #1
".....I due astronomi hanno vinto il Premio Oscar ....."

Sicuramente per la miglior sceneggiatura
polteus12 Febbraio 2016, 11:10 #2
Complimenti a LIGO e a VIRGO, anche solo dal punto di vista tecnologico riuscire a rilevare un'oscillazione così piccola è un risultato eccezionale.
inkpapercafe12 Febbraio 2016, 11:11 #3
Adoro i fumetti di fisica.
Da piccolo mi spiegarono la relatività coi mitici fumetti di Tiresia, e già allora il concetto di gravità come trampolino elastico era citato
X-ray guru12 Febbraio 2016, 11:11 #4
Originariamente inviato da: Benna80
".....I due astronomi hanno vinto il Premio Oscar ....."

Sicuramente per la miglior sceneggiatura


No, per i migliori effetti speciali.
Micene.112 Febbraio 2016, 11:12 #5
immagino che l'energia prodotta non sia quella creata da tre soli (genericamente), ma è l'energia equivalente alla trasformazione della massa di tre stelle come il sole in energia pura
una quantità enorme
Nino Grasso12 Febbraio 2016, 11:22 #6
Originariamente inviato da: Benna80
".....I due astronomi hanno vinto il Premio Oscar ....."


Visto il periodo ci sta l'errore!

Comunque corretto e grazie per la segnalazione. Sistemato anche altre parti meno chiare segnalate da un altro utente.
Benna8012 Febbraio 2016, 11:31 #7
Originariamente inviato da: Nino Grasso
Visto il periodo ci sta l'errore!

Comunque corretto e grazie per la segnalazione. Sistemato anche altre parti meno chiare segnalate da un altro utente.


inited12 Febbraio 2016, 11:32 #8
Fumetto...e cartone animato.
gd350turbo12 Febbraio 2016, 11:37 #9
Mitico Nino !
zappy12 Febbraio 2016, 12:13 #10
veramente la teoria della relatività generale è stata formulata e presentata nel 1915, non del 1916...
Wikipedia fa sempre danni...

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