Onde gravitazionali for dummies

Dal 2016 si sente spesso parlare delle onde gravitazionali e dei successi ottenuti grazie ad esse. Ma cosa sono esattamente?

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Nel febbraio del 2016 veniva comunicata al mondo intero la prima osservazione diretta di un’onda gravitazionale proveniente dallo spazio siderale. Da lì in poi, molte altre osservazioni di questo tipo sono state fatte grazie ad una vasta collaborazione di scienziati sparsi per il mondo, dando così inizio alla cosiddetta astronomia gravitazionale. Ad oggi, la collaborazione comprende ben quattro rivelatori di onde gravitazionali (tutti basati su interferometri laser con bracci lunghi chilometri): LIGO Hanford, LIGO Livingston (in USA), Virgo (in Italia) e KAGRA (in Giappone).
Ma cosa sono le onde gravitazionali, e perché tanto rumore riguardo al loro “avvistamento”? Innanzitutto, va chiarita una cosa importante: le onde gravitazionali NON si possono vedere nel senso comune del termine, cioè non si possono fotografare, come ad esempio si può fare con un bel cielo stellato. Però si possono misurare: esse, come la forza di gravità, si manifestano come delle forze che agiscono sui nostri sensibilissimi strumenti (gli interferometri appunto).
Si possono ascoltare? Sì e no. Nello stesso modo in cui non le possiamo vedere, non le possiamo nemmeno sentire, però, trattandosi di onde, esse sono caratterizzate da una certa frequenza (come le frequenze che usiamo per ascoltare la radio) e si dà il caso che le frequenze tipiche delle onde gravitazionali giacciano proprio nell’intervallo udibile dall’orecchio umano. Quindi non si possono sentire direttamente, ma si possono tradurre in suono per poi essere ascoltate.
Se le onde gravitazionali non possono essere né viste, né sentite allora cosa sono esattamente? Di solito vengono descritte come: increspature dello spazio-tempo. Noi (come tutto ciò che esiste nel nostro universo) viviamo nello spazio tridimensionale e nel tempo. Solo che, come fu intuito da Einstein, spazio e tempo risultano dipendere uno dall’altro e per questo è detto spazio-tempo. Come le increspature circolari che si propagano in uno stagno dopo che vi gettiamo un sasso, le onde gravitazionali sono increspature nello “stagno spazio-temporale”, e per quanto riguarda il sasso? A cosa corrisponde il sasso gettato nello stagno?
Qual è il meccanismo che genera queste fantomatiche onde gravitazionali?
Le onde gravitazionali sono generate da eventi catastrofici come ad esempio (ma non solo) due buchi neri che si attirano uno con l’altro in una spirale fino a fondersi in un unico buco nero. La parola fusione forse non dà abbastanza l’idea di quanto sia catastrofico questo evento. Quello che accade allo spazio-tempo nel punto di fusione, come nel caso del sasso lanciato nell’acqua, può essere definito un disastro cosmico, però, allontanandoci dal luogo dell’impatto, l’effetto di questo disastro si affievolisce propagandosi nel cosmo sotto forma di un’onda (gravitazionale). L’onda viaggia per milioni di anni luce fino a raggiungere la Terra, dove ormai è talmente debole che cercare di rivelarne gli effetti è estremamente più complicato che cercare di ascoltare una persona sussurrare dalla parte opposta di una stanza piena zeppa di persone che chiacchierano con un normale tono di voce.
Fortunatamente la scienza e la tecnologia sono abbastanza avanzate da poter rilevare tali sussurri cosmici. Questo è possibile grazie alla vasta collaborazione scientifica creatasi “con l’intento di acchiappare questi fenomeni così distanti e flebili”. Uno degli obiettivi è integrare lo studio astronomico con un nuovo strumento di osservazione, iniziando così l’era dell’astronomia multi-messaggera, in cui l’Universo è studiato tramite onde gravitazionali, luce e particelle provenienti dalle sue profondità.