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Che cosa sono le onde gravitazionali
Come abbiamo avuto modo di spiegare più volte, le onde gravitazionali sono increspature nello spazio-tempo previste dalla Teoria della Relatività generale di Albert Einstein. Il primo a riuscirci nella storia è stato LIGO, che ha rilevato direttamente onde gravitazionali ad alta frequenza, emesse da una coppia di buchi neri che si sono fusi. LISA Pathfinder invece è progettato per testare onde gravitazionali a bassa frequenza, da 10-4 Hz a 10-1 Hz.
Che differenza c'è fra LIGO e LISA e perché è importante avere LISA?
"La differenza sta nella frequenza delle onde gravitazionali che possono essere osservate. Per fare un esempio molto semplice, noi abbiamo osservato il cielo prima con la luce perché avevamo solo gli occhi, poi con i telescopi ottici, poi nell'ultimo secolo sono nate le tecnologie per osservare il cielo con l'infrarosso, l'ultravioletto, i raggi X, i raggi Gamma, le onde radio. Sono tutti fotoni di frequenza diversa e ognuna di queste frequenze porta risultati diversi. Non è la stessa cosa guardare una stella in ottico, in infrarosso o ai raggi X, si imparano cose diverse.
La stessa cosa è vera per le onde gravitazionali. Quelle che si possono vedere a Terra sono quelle veloci, che più o meno corrispondono in media a 100 oscillazioni al secondo, diciamo da 10 a 1000. Sono oggetti ad alta frequenza, molto veloci. Il segnale visto da LIGO è relativo agli ultimissimi istanti di due buchi neri che girano l'uno attorno all'altro, quando i buchi neri erano molto veloci.
eLISA consentirà di guardare lo stesso evento cominciando a misurarlo mesi prima perché man mano che i buchi neri cominceranno a girare sarà sensibile anche a quando sono ancora abbastanza lontani e girano molto lentamente. E sarà sensibile anche ai buchi neri di massa molto maggiore, che non vanno mai a velocità altissime".
I rivelatori a terra LIGO e VIRGO, e LISA guardano a frequenze diverse e quindi imparano cose diverse e osservano anche sistemi fisici diversi. Non c'è assolutamente competizione e sono importanti entrambi, tant'è vero che oltre a LISA si sta discutendo dell'Einstein Telescope (ET) che è un progetto per realizzare un altro interferometro a terra nei prossimi 15-20 anni, proprio perché l'osservazione da terra rimane fondamentale e perché ad alta frequenza LISA non può vedere nulla, non potrà mai vedere segnali da 100 HZ o 1 KHz. La massima frequenza che può vedere è circa un decimo di Hz, forse un Hz ma non oltre".
Com'è fatto LISA Pathfinder
Vi abbiamo parlato di questo progetto in occasione del decollo, avvenuto a dicembre 2015. Il sottosistema di LISA Pathfinder Optical Metrology Subsystem ha il compito di misurare con un laser lo spostamento di due cubi d'oro-platino l'uno rispetto all'altro. Il livello di precisione che era atteso era pari a due picometri, ossia due miliardesimi di millimetro. I test nello Spazio hanno dimostrato che consente di fare molto meglio.
Quanto alla deviazione angolare del raggio laser, al quale spetta di tenere sotto controllo i cubi, si parla di un'accuratezza pari a un centesimo di miliardesimo di grado. Il risultato è ottenuto attraverso un insieme di tecnologie innovative che comprende, fra le altre, i sensori inerziali, un sistema di metrologia laser e un sistema di controllo inerziale del satellite attraverso un sistema di micro-propulsori.
Abbiamo accennato al ruolo italiano: il principal investigator è il professor Stefano Vitale, ordinario di Fisica sperimentale all'Università di Trento e membro del Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), affiancato da Karsten Danzmann, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute).
I sensori inerziali, che sono fra i componenti chiave della missione, sono stati prodotti in Italia dalla Compagnia Generale dello Spazio (CGS spa) dietro finanziamento dell'Agenzia Spaziale Italiana e su progetto degli scienziati dell'Università di Trento, supportati dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
