Onde Gravitazionali, il CNR risponde ai lettori di Tom's

La scoperta delle onde gravitazionali ha entusiasmato ma allo stesso tempo fatto nascere dubbi. Ecco le risposte del fisico Valerio Rossi Albertini dell'ISM - CNR alle domande dei lettori di Tom's Hardware.

"Ladies and Gentlemen, we have detected gravitational waves. We did it." Dave Reitze, executive director di LIGO

L'annuncio della rilevazione delle onde gravitazionali da parte dell'esperimento statunitense LIGO ha messo in subbuglio il mondo scientifico e non solo. Sono molti i lettori di Tom's Hardware che hanno commentato l'articolo e alcuni hanno anche posto domande interessanti. Nel ringraziarvi per avere dato modo a tutti di approfondire meglio l'argomento, abbiamo selezionato alcuni dei quesiti più interessanti che ci avete posto. A quelli non tecnici abbiamo risposto noi, per gli altri abbiamo chiesto il prezioso aiuto del fisico Valerio Rossi Albertini dell'Istituto di Struttura della Materia (ISM) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), che ringraziamo anche a nome di tutti voi per la disponibilità e la pazienza.


tomsCome mai VIRGO, l'esperimento italo francese che si trova in Italia vicino a Pisa, era spento quando LIGO ha avuto il suo momento di gloria?

VIRGO non era funzionante perché è in corso di aggiornamento, e non è uno scacco alla Scienza italiana. LIGO è stato spento per 5 anni quando sono stati sostituiti i suoi rilevatori. È stato proprio questo intervento che ha permesso di ottenere il risultato annunciato ieri. Gli aggiornamenti sono necessari e doverosi in questo tipo di strutture, ed è da notare che LIGO stesso raggiungerà la potenza massima nel 2021 circa, quindi dopo altri aggiornamenti.

In ogni caso i ricercatori di VIRGO hanno partecipato alla scoperta mediante l'elaborazione dei dati, come stabilito dall'accordo internazionale. Campanilismo a parte, è bene precisare che la ricerca delle onde gravitazionali impegna un network internazionale di osservatori di cui fanno parte l'ormai celeberrimo LIGO, il tedesco GEO 600, il giapponese TAMA e l'italiano VIRGO.

toms Si è sempre detto che nulla può fuggire da dentro un buco nero. Leggo però che nello scontro tra i due buchi neri una massa equivalente a circa 3 masse del nostro Sole è stata convertita in onde gravitazionali che si sono poi propagate nello Spazio. Questo vuol dire che quindi l'energia (la massa è una forma di energia) può fuggire da un buco nero solo se convertita in onde gravitazionali?

vraGli scienziati sono orientati a credere che non sia propriamente corretto che nulla possa sfuggire da un buco nero. Hawking stesso ha proposto un modello che ne prevede un'evaporazione progressiva, fino alla completa scomparsa. Ciò sarebbe dovuto alla perdita di materia non direttamente dal buco nero, ma dall'"atmosfera" che lo circonda, generata dai fenomeni quantistici che si verificano intorno ad esso.

Leggi anche: Hawking: l'informazione può uscire da un buco nero, forse in un altro universo

toms Perché un'onda gravitazionale può fuggire da un buco nero mentre quella elettromagnetica no? È un indizio per affermare che hanno una "natura" differente? Forse vuol dire che la gravità non è mediata da una particella (gravitone) come avviene invece per la forza elettromagnetica che è mediata dal fotone?

vraCertamente, le onde elettromagnetiche e le onde gravitazionali hanno natura (che almeno per ora ci appare) completamente diversa e non si sa se sarà mai possibile ricondurre i fenomeni elettromagnetici e quelli gravitazionali ad un'origine comune. Per avere un semplice esempio della sostanziale diversità di queste due forze, basta notare che le cariche elettriche, che producono i campi elettromagnetici, sono di due specie, cioè positive o negative, e possono sia attrarsi che respingersi. Le masse, invece, si attraggono sempre.


toms Se le onde arrivano da tutte le direzioni la risultante sarà zero... Quindi le increspature dello spazio-tempo non sono uguali a quelle che potrebbero verificarsi in uno specchio d'acqua... Le deformazioni sono in ogni parte dello Spazio. O sbaglio?

vraLe onde gravitazionali non arrivano da tutte le direzioni, ma da zone dello Spazio in cui si sono verificati eventi catastrofici, come lo scontro di due buchi neri o l'esplosione di una stella. Per completezza, va anche notato che, comunque, onde provenienti da diverse direzioni in alcuni punti si elidono, in altri invece si rinforzano reciprocamente.

Gravitational Waves Help Astronomers Understand Black Hole Weight Gain

toms C'è una cosa che non ho capito: come fanno a sapere cosa hanno osservato? Come hanno stabilito che sono onde gravitazionali prodotte da uno scontro del genere e non da altro?

vraDomanda molto pertinente. Ci si basa su modelli che associano le caratteristiche delle onde alle possibili cause che le hanno provocate, come quando, ascoltando un motivo, si può stabilire se sia prodotto da uno strumento a fiato, a corda o a percussione.


toms Comunque dubito si sia trattato di un vero positivo, 10 alla -21, sulla Terra poi. Teoricamente, vista la scala macroscopica dell'evento astronomico, i grafici avrebbero dovuto essere pressoché identici (invece sono solo simili).

vraIl rischio, in casi così delicati da essere al limite della capacità tecnologiche attuali, c'è sempre. Già nel recente passato si sono verificati degli errori che hanno contraddetto i primi annunci di presunte grandi scoperte. Tuttavia, stavolta, le misure sono durate molto a lungo e la notizia è stata data un anno dopo l'osservazione, proprio per poter escludere tutte le possibili fonti di errore. I grafici possono essere considerati uguali nei limiti dell'incertezza strumentale.

toms Ma se la velocità della luce è costante come fanno a calcolare i cambiamenti di distanza causati da un'onda gravitazionale? Da quel che ho capito usano il tempo di percorrenza della luce del laser per vedere la distanza: se la distanza aumenta per la proprietà della luce dovrebbe aumentare la velocità mantenendosi in un certo senso costante in un punto di visione esterno, giusto? I sensori quindi non avrebbero sempre calcolato la stessa velocità? Scusate se ho scritto baggianate ma sono curioso.

vraNon è affatto una baggianata, perché il comportamento della luce in uno Spazio che si deforma non è affatto intuitivo. L'assunzione è proprio che la velocità della luce nel vuoto sia sempre esattamente costante (non si sono mai osservate eccezioni), quindi è un modo affidabile per misurare aumenti o diminuzioni delle distanze.

cut infografica ligo gravitational waves 140410c 02 878c52b5e2f2518cf9db657e35488213e

Chi si merita il Nobel?

Passiamo alla questione del Nobel. Il professore Valerio Rossi Albertini mi spiegava ieri che ai tempi in cui visse Einstein nessuno aveva mai ricevuto più di un premio Nobel per la Fisica, e il fisico tedesco ricevette quello per l'effetto fotoelettrico.

maxresdefault

Per la cronaca ad oggi c'è un solo precedente di doppia assegnazione: riguarda John Bardeen, che fu insignito del prestigioso riconoscimento nel 1956 per il transistor e nel 1972 per la teoria fondamentale della superconduttività ordinaria.

Come riporta l'ANSA, Pia Astone, ricercatrice dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e una delle sei persone che hanno redatto l'articolo che descrive la scoperta sulla rivista Physical Review Letters, ha fatto notare che "le scoperte che potrebbero portare al Nobel sono due: oltre alla conferma dell'esistenza delle onde gravitazionali, abbiamo osservato per la prima volta l'impatto di due buchi neri di masse stellari che orbitano uno attorno all'altro, per formarne uno nuovo".

Lisa Pathfinder sfortunato perché LIGO gli ha soffiato il primato?

Il satellite Lisa Pathfinder ha il compito di aprire la strada alla costruzione di un vero e proprio osservatorio spaziale delle onde gravitazionali che sarà terminato entro il 2034 con il lancio della missione e-Lisa, come previsto dal programma scientifico Cosmic Vision. In sostanza usa un laser per misurare lo spostamento di due cubi d'oro-platino l'uno rispetto all'altro. Il suo livello di precisione è tale da poter misurare spostamenti nell'ordine del picometro, ossia due miliardesimi di millimetro.

LISA e gli altri rilevatori di onde gravitazionali non sono in concorrenza, ma in collaborazione. Dato che le onde gravitazionali sono così difficili da rilevare, ma contengono informazioni per noi molto importanti, la cosa fondamentale è trovarle, non chi le trova. I dati poi vengono condivisi da tutta la comunità scientifica a beneficio di tutta l'umanità.