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Onde Gravitazionali

La teoria della Gravitazione, sviluppata nel 1915 da Albert Einstein, ha aperto scenari cosmologici altrimenti impensabili con la meccanica classica newtoniana, e tra questi c’è la presenza di un campo di onde che pervade l’Universo intero.

Le onde gravitazionali sono delle piccole increspature del tessuto spazio-temporale, talmente piccole da essere impercettibili, generate da oggetti massivi che ruotano uno attorno all’altro a velocità molto elevate, e che si propagano a velocità della luce, circa 300 mila km/s.

I sistemi binari di buchi neri (ossia due buchi neri che ruotano intorno ad un comune centro di massa) sono fra le sorgenti più energetiche di onde gravitazionali, anche se le enormi distanze che ci separano da essi fanno sì che sia alquanto difficile rilevarne il segnale, che ovviamente decresce con la distanza.

Tali perturbazioni dello spazio-tempo sono state ipotizzate teoricamente da Einstein nel 1916 come conseguenza della sua Teoria della Gravitazione, e confermate sperimentalmente nel Febbraio 2016 tramite la rilevazione di onde gravitazionali provenienti dalla fusione di due buchi neri di massa pari a circa 30 𝑀*, dover con 𝑀* viene indicata la massa del Sole, ossia circa 2*10^{30} kg.

L’esistenza di tali onde fornisce la conferma sperimentale del fatto che l’interazione gravitazionale non è un’azione istantanea a distanza tra corpi massivi come asseriva la teoria newtoniana, ma implica l’esistenza di un campo gravitazionale che si propaga anche nel vuoto e con la velocità della luce.

 

A rilevare per primi le onde è stato un lavoro in parallelo tra i due strumenti gemelli Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti, a Livingstone, in Louisiana, e ad Hanford, nello stato di Washington. Lo scopo di questi strumenti era quello di trovare le increspature che si formano nel tessuto spaziotemporale dell’Universo quando, ad esempio, due masse ruotano vorticosamente l’una attorno all’altra (Fig.1), come avviene in un sistema binario molto massiccio, e i due corpi man mano perdono energia meccanica tramite l’emissione di onde gravitazionali, e si avvicinano al loro centro di massa comune fino a fondersi in un unico corpo.

Le onde gravitazionali rilevate con LIGO sono state prodotte dal processo di fusione di due buchi neri di origine stellare, con massa rispettivamente di 29 e 36 𝑀*, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 𝑀*. Nell’ultima parte del processo, hanno spiraleggiato per poi fondersi ad una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce. Le tre masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all’energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri sotto forma di onde gravitazionali.

C’è da dire che l’evento osservato si trova ad una distanza tale che per arrivare sulla Terra, il segnale ha impiegato quasi 1 miliardo e mezzo di anni (tanto impiega la luce a coprire la distanza che ci separa dalla sorgente), e quindi è avvenuto quando sulla terra facevano la loro comparsa le prime cellule evolute in grado di utilizzare l’ossigeno.

Le onde gravitazionali, abbinate alle onde elettromagnetiche, ci forniscono così una mappatura più completa dell’Universo, dandoci la possibilità di scrutarne dettagli sempre più sottili per carpirne i suoi meccanismi e+, fino ad ora, più misteriosi.

 

 

 

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