LIGO-Virgo-KAGRA: nuovo studio sulle onde gravitazionali dell'evento GW250114 conferma la relatività generale di Einstein

Si torna ancora a scrivere di onde gravitazionali e della collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA. Questa nuova modalità di osservazione dell'Universo per comprendere quelli che sono tra i fenomeni più energetici è solo all'inizio e ha ancora ampi margini di miglioramento, ma anche in questi primi anni i risultati ottenuti sono stati molto importanti e promettenti permettendo di ampliare lo sguardo degli scienziati (consentendo, tra le altre cose, di confermare il teorema di Hawking).

Nel nuovo studio dal titolo Black Hole Spectroscopy and Tests of General Relativity with GW250114 sono stati presi in esame i dati ottenuti durante la rilevazione dell'evento GW250114 (del 14 gennaio 2025) legato alle onde gravitazionali confermando ancora una volta quanto scritto da Einstein nella teoria della relatività generale. La scelta di quell'evento in particolare non è stata casuale ma è dovuta alla sua estrema chiarezza che ha permesso di ottenere informazioni particolarmente accurate.

Le onde gravitazionali e la relatività generale

In particolare gli scienziati hanno utilizzato la spettroscopia dei buchi neri per studiare le previsioni della relatività generale (e per trovare eventuali incongruenze che avrebbero aperto nuovi scenari). I ricercatori si sono concentrati su quello che viene chiamato ringdown del segnale GW250114, rilevato solamente dagli interferometri di LIGO in quanto Virgo e KAGRA non era attivi. Questa è la fase, subito dopo la fusione di due buchi neri, nella quale il buco nero risultante ha raggiunto il suo stato finale dove è poi possibile analizzare le caratteristiche uniche dello spettro.

Keefe Mitman (Cornell University) ha spiegato che "quando due buchi neri si fondono, la collisione risuona come una campana, emettendo toni specifici caratterizzati da due numeri: una frequenza oscillatoria e un tempo di smorzamento. Se si misura un tono nei dati di una collisione, è possibile calcolare la massa e lo spin del buco nero formatosi nella collisione. Ma se si misurano due o più toni nei dati – cosa che un segnale chiaro come GW250114 consente – ciascuno di essi fornisce effettivamente una misurazione diversa della massa e dello spin, secondo la relatività generale. Se queste due misurazioni concordano tra loro, si sta effettivamente verificando la relatività generale ma se si misurano due toni che non corrispondono alla stessa combinazione di massa e spin, si può iniziare a indagare quanto ci si è allontanati dalle previsioni della teoria".

Come scritto, GW250114 è stato un segnale forte e chiaro che ha consentito analisi con una precisione superiore rispetto ad altri. Con il proseguo delle campagne osservative degli interferometri di LIGO-Virgo-KAGRA gli scienziati sperano di trovare altri eventi simili (o con caratteristiche ancora migliori) che potenzialmente potrebbero portare a una nuova visione sulla relatività generale.

Attualmente i modelli sono stati definiti "sufficientemente accurati". Come riportato nello studio "un singolo evento di forte impatto come GW250114 ha prodotto il risultato scientifico di decine di rilevazioni precedenti, offrendo un'anteprima della scienza senza precedenti che le prossime campagne osservative LIGO-Virgo-KAGRA sveleranno".

Lo studio delle onde gravitazionali potrebbe aprire nuovi scenari per permettere di capire come conciliare la relatività generale con la teoria della meccanica quantistica ed è per questo che gli scienziati si aspettano di trovare dei dati che non saranno correttamente inseribili nella teoria di Einstein ma che saranno altrettanto importanti per spiegare anomalie nell'Universo (materiale oscura ed energia oscura per esempio). Quindi delle deviazioni da quanto previsto non saranno solo normali ma anche piuttosto attese dando nuovi spunti di ricerca ai fisici di tutto il Mondo.