Il mondo della fisica è stato in preda alle vertigini nelle ultime settimane poiché i tweet e le voci suggeriscono che gli scienziati potrebbero aver rilevato increspature a lungo ricercate nello spazio-tempo chiamate onde gravitazionali. Mentre alcune di queste sono speculazioni, ci sono alcune prove che suggeriscono che i ricercatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) potrebbero aver trovato le prime prove dirette per queste onde da quando Albert Einstein ha proposto la loro esistenza un secolo fa nella sua teoria generale di relatività.
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Ecco cinque cose da sapere sulle onde gravitazionali per prepararsi al prossimo annuncio.
Quali sono?
Se pensi all'universo come un vasto oceano, le onde gravitazionali sono come increspature causate quando un oggetto viene fatto cadere sulla sua superficie. Secondo la teoria di Einstein, i cambiamenti nell'accelerazione di oggetti massicci nello spazio, come stelle di neutroni e buchi neri, danno inizio a queste increspature radianti attraverso il tessuto dello spazio-tempo, con gli effetti più drammatici delle collisioni, scrive Joshua Sokol per New Scientist .
Perché sono un grosso problema?
Le onde gravitazionali non solo sosterrebbero ulteriormente la relatività, ma potrebbero anche aiutare gli scienziati a studiare molti misteriosi fenomeni nel cosmo. Gli astronomi adesso scansionano i cieli usando lo spettro elettromagnetico, che rivela diversi tipi di oggetti a seconda della lunghezza d'onda. Le onde gravitazionali sarebbero "il modo più diretto di studiare la grande frazione dell'universo che è buio", dice lo scienziato LISA Pathfinder Bill Weber a Gizmodo . Le onde passano attraverso corpi altrimenti difficili da individuare, fornendo uno sguardo alle forme misteriose che sarebbero simili a vederle in una lunghezza d'onda completamente nuova.
Sebbene inafferrabili, queste increspature sono anche centrali in molte teorie sui primi inizi dell'universo. I calcoli mostrano che l'universo ha attraversato un periodo di rapida espansione nei secondi successivi al Big Bang. Le onde gravitazionali create in questo rapido periodo di inflazione si sarebbero contorte nel fondo cosmico a microonde, la prima radiazione che permea l'universo. Le increspature lascerebbero un segno come un'impronta digitale che potrebbe essere ricondotto agli inizi dell'esistenza. LIGO è progettato per rilevare le onde più recenti, dal punto di vista cosmico, ma solo dimostrare che esistono sarebbe un grande passo.
Come li cercano gli scienziati?
La maggior parte dei rivelatori di onde gravitazionali funzionano tentando di individuare minime variazioni della distanza tra oggetti separati da una quantità nota, riferisce Maddie Stone per Gizmodo. L'idea è che un'onda che passa attraverso la Terra avrebbe raggrinzito lo spazio-tempo in un modo che cambia quella distanza.
Esistono numerosi esperimenti in corso in tutto il mondo, ognuno dei quali verifica diverse tecniche. LIGO, ad esempio, ha due rilevatori situati a quasi 2000 miglia di distanza e aggrega i dati di 75 osservatori in tutto il mondo per rilevare e triangolare possibili segnali dalle onde gravitazionali che attraversano la Terra. Altri ricercatori hanno proposto di utilizzare orologi atomici altamente sensibili per rilevare distorsioni temporali e l'Agenzia spaziale europea ha recentemente lanciato un satellite che testerà la tecnologia che potrebbe aiutare gli scienziati a escogitare nuovi modi per misurare le fluttuazioni minuscole nello spazio.
Perché sono così difficili da rilevare?
Quando lasci cadere una pietra in uno specchio d'acqua, le increspature diventano più piccole quanto più si allontanano dall'epicentro. Le onde gravitazionali seguono lo stesso principio di base. Lo spazio è vasto e gli scienziati ritengono che molte delle fonti delle onde gravitazionali siano corpi che si librano sui bordi dell'universo, il che significa che tutti i segnali che raggiungono la Terra sarebbero estremamente deboli e difficili da isolare. La maggior parte degli osservatori alla ricerca di onde gravitazionali devono combattere per minuscole distorsioni nel tessuto dello spazio-tempo: i rivelatori LIGO, ad esempio, possono misurare spostamenti piccoli quanto un decimilionesimo del diametro di un protone, scrive Sokol.
Aspetta, perché ti sembra familiare?
Questa non è la prima volta che gli scienziati annunciano la scoperta delle onde gravitazionali. Nel 2014 gli astronomi che lavorano con l'osservatorio BICEP2 vicino al Polo Sud hanno dichiarato di aver trovato prove per le onde gravitazionali dall'alba dell'universo. Ma quello si rivelò un falso allarme causato dalla polvere cosmica. LIGO ha anche avuto i suoi falsi positivi in passato. Nel 2010, prima che l'osservatorio fosse aggiornato alla sua attuale sensibilità, i ricercatori hanno scoperto ciò che pensavano potesse essere la prova di un'onda gravitazionale, ma in seguito hanno capito che era solo un segnale che i loro stessi scienziati avevano fatto per testare se potevano dire la differenza tra un segnale falso e la cosa vera.
Anche se non sapremo con certezza cosa è successo a LIGO fino a giovedì, nei registri pubblici dell'osservatorio ci sono prove che suggeriscono che questa volta potrebbero davvero essere coinvolti in qualcosa. Da quando l'esperimento attuale è iniziato lo scorso settembre, i registri mostrano che i ricercatori LIGO hanno seguito almeno tre tracce in diverse parti del cielo, riferisce Sokol. Potrebbe essere un altro falso allarme, ma per ora fisici, astronomi e appassionati di spazio stanno aspettando con crescente eccitazione.
