Incontra il team di scienziati che hanno scoperto le onde gravitazionali

Fu un momento, solo un momento, in cui tutti sembravano prendersi una pausa dal parlare di guerre e politica e guardare il cielo. L'11 febbraio 2016, i principali notiziari hanno riferito che per la prima volta l'umanità aveva rilevato le onde gravitazionali che passavano dalla Terra dallo spazio più profondo, un fenomeno estremamente sottile ma profondo, predetto per la prima volta da Albert Einstein nel 1916. Le onde provenivano da due buchi neri che si è scontrato 1, 3 miliardi di anni fa, un impatto cosmico che ha generato una potenza dieci volte maggiore rispetto alla potenza luminosa di tutte le stelle nell'universo osservabile messe insieme. Ma le onde gravitazionali che ha creato sono sbiadite in un semplice sussurro mentre si increspano nello spazio e nel tempo. Nessuno strumento era mai stato in grado di rilevarli, fino ad ora.

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Sebbene il risultato sia stato reso possibile da oltre 1.000 scienziati e ingegneri che lavorano da decenni, i protagonisti principali sono stati Kip Thorne, Ronald Drever e Barry Barish, tutti di Caltech; e Rainer Weiss del MIT. Per catturare la loro cava incredibilmente piccola, hanno schierato un rilevatore straordinariamente vasto, l'Osservatorio di onde gravitazionali Laser Interferometer da 620 milioni di dollari, o LIGO, che ha una parte in Louisiana e un'altra nello Stato di Washington.

Thorne fece una campagna per il progetto durante gli anni '80 e '90 in una serie di conferenze di alto profilo in tutto il mondo. Lanky e barbuto, era già una leggenda dell'astrofisica, un teorico con una visione così ampia che avrebbe poi contribuito a creare film di Hollywood come Interstellar . Quando iniziò la sua carriera, molti fisici pensarono che le stesse onde gravitazionali fossero fantascienza, nonostante le previsioni di Einstein. In una netta interruzione della fisica newtoniana, la teoria della relatività generale di Einstein aveva suggerito che la gravità generava increspature precedentemente non rilevate che si muovevano attraverso lo spazio-tempo in un modo molto simile al suono.

Misurare quelle onde, tuttavia, sembrava quasi impossibile. Rispetto ad altre forze, la gravità è estremamente debole. La forza elettromagnetica tra due elettroni è 10 ⁴⁰ (più di un trilione di volte un trilione di volte un trilione) più forte della loro attrazione gravitazionale. Registrare un'onda gravitazionale richiederebbe oggetti estremamente massicci e strumenti inimmaginabilmente sensibili.

Tuttavia, Thorne afferma di credere che le onde gravitazionali esistessero quando ha iniziato il suo dottorato di ricerca nel 1962. Durante gli anni '70, la maggior parte degli altri scienziati arrivarono a concordare con lui, persuasi da modelli matematici ermetici e esperimenti di pensiero. La musica era là fuori. Non l'avevano ancora sentito.

LIGO, costruito a metà degli anni '90 e attivato per la prima volta nel 2002, è stato progettato per essere squisitamente sensibile a quei piccoli trilli. L'osservatorio comprendeva due rilevatori a forma di L giganti situati a 1.865 miglia di distanza. La distanza tra loro e la posizione remota dei due siti impedirebbe ai due strumenti di captare interferenze dallo stesso tremore terrestre o passare camion. Ogni rivelatore era costituito da due bracci da 2, 5 miglia con un laser alla giunzione, divisi in due raggi e specchi su ciascuna estremità. Quando un'onda gravitazionale è passata attraverso i tubi, gli scienziati hanno predetto che avrebbe deformato lo spazio-tempo solo leggermente - circa un decimilionesimo del diametro di un protone. Quella minuscola distorsione sarebbe sufficiente per cambiare la lunghezza dei tubi e far brillare il laser sui rivelatori.

Nota del redattore, 28 febbraio 2017: questo articolo originariamente si riferiva alla "forza" elettromagnetica tra due elettroni, ma "forza" è una parola migliore per descriverlo.

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Questo articolo è una selezione del numero di dicembre della rivista Smithsonian

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Il round iniziale di esperimenti LIGO più di un decennio fa non è riuscito a raccogliere un segnale. Ma in un grande raddoppio sulla loro scommessa iniziale, i ricercatori hanno convinto la National Science Foundation a spendere altri $ 200 milioni per aggiornare LIGO, e entro il 2015 il lavoro è stato fatto. Il team di ricerca ha ora incluso oltre 1.000 scienziati in 90 istituzioni in tutto il mondo. Le aspettative sono state travolgenti. Nell'agosto dello scorso anno, Weiss disse a Janna Levin, un'astrofisica della Columbia che stava scrivendo un libro su LIGO intitolato Black Hole Blues e Other Songs from Outer Space - "Se non rileviamo buchi neri, questa cosa è un fallimento".

Lunedì 14 settembre 2015, un'onda gravitazionale è arrivata da qualche parte nel cielo meridionale. Ha suonato lo strumento in Louisiana prima di navigare attraverso gli Stati Uniti per eseguire il ping dello strumento nello Stato di Washington sette millisecondi dopo. Alle 5:51, l'equipaggiamento di LIGO ha finalmente registrato quel piccolo cinguettio.

Come disse Levin, il grande risultato di LIGO è stato quello di aggiungere una colonna sonora a quello che era stato in precedenza un film muto. Il novantacinque percento dell'universo è buio, il che significa che va oltre la misurazione dei nostri telescopi e dispositivi radar più avanzati. Quella debole onda gravitazionale ha permesso agli scienziati di rilevare una coppia di buchi neri per la prima volta, ed erano molto più grandi del previsto. Uno era 29 volte la massa e l'altro 35 volte la massa del Sole.

Quando Thorne e Weiss hanno visto i registri per la prima volta, erano preoccupati che gli hacker avessero inserito dati corrotti nei registri. (Drever non è stato in grado di condividere la sua risposta: nel corso degli anni si era sentito male e si trovava in una casa di cura nella sua nativa Scozia.) Ci sono volute settimane di indagini prima che gli scienziati arrivassero a patti con i loro risultati.

Il 26 dicembre 2015, LIGO ha registrato le onde gravitazionali da un'altra fusione del buco nero. I ricercatori stanno ancora lavorando per mettere a punto gli strumenti, che secondo loro miglioreranno solo nel misurare distanze cosmiche lontane.

Rilevare i buchi neri, anche se veramente importanti, è solo l'inizio. Scopriremo sempre di più quanto non sappiamo. Questa è la vera emozione per Thorne, Weiss e i loro colleghi. E se la materia oscura si trasformasse in gravità in modi che nessuno ha mai considerato? Se raccogliamo onde gravitazionali subito dopo il Big Bang, cosa ci insegnerà questo sulla natura dell'universo? Grazie a LIGO, ora possiamo iniziare a sentire le affascinanti composizioni che risuonano tra le stelle, la musica ancora sconosciuta di cos'altro c'è là fuori

"Hanno dato all'umanità un modo completamente nuovo di vedere l'universo." Stephen Hawking, si congratula con Kip Thorne, Rainer Weiss, Barry Barish e Ronald Drever, i primi scienziati a rilevare le onde gravitazionali, alla rivista Smithsonian del 2016 American Ingenuity Awards. Quest'anno, i geni dietro LIGO hanno annunciato di aver finalmente trovato ciò che Albert Einstein aveva predetto un secolo fa.