sabato 13 febbraio 2016

Esistenza delle onde gravitazionali conferma la teoria della Relatività


Gli scienziati hanno annunciato di essere riusciti a rilevare le onde gravitazionali dalla collisione violenta di due buchi neri nello spazio profondo. I fisici sono stati in grado di rintracciare il segnale di ritorno risalente a circa 1,3 miliardi di anni fa. Quello che Albert Einstein aveva solo ipotizzato nella sua teoria della Relatività ora è provato per mezzo di interferometri, uno a Pisa ed uno negli Stati Uniti. I due buchi neri formavano una "coppia", ossia un sistema binario nel quale l'uno ruotava intorno all'altro. Per la fisica è una pietra miliare perché, oltre a confermare l'esistenza delle onde gravitazionali, fornisce anche la prima prova diretta della fusione di due buchi neri.

Grazie alla misura effettuata con gli interferometri gemelli LIGO, 
le collaborazioni scientifiche LIGO e VIRGO aprono una nuova finestra sul cosmo, 
rivelando le onde gravitazionali prodotte nella collisione di due buchi neri.  Per la prima volta, gli scienziati hanno osservato in modo diretto le onde gravitazionali: increspature nel "tessuto" dello spaziotempo, perturbazioni del campo gravitazionale, arrivate sulla Terra dopo essere state prodotte da un cataclisma astrofisico avvenuto nell'universo profondo. Questo conferma un’importante previsione della Relatività Generale di Albert Einstein del 1915, e apre uno scenario di scoperte senza precedenti sul cosmo.

Le onde gravitazionali - si legge in un comunicato dell'INFN - portano informazioni sulle loro violente origini e sulla natura della gravità, informazioni che non possono essere ottenute in altro modo. I fisici hanno determinato che le onde gravitazionali rivelate sono state prodotte nell'ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri in un unico buco nero ruotante più massiccio. Questo processo era stato previsto ma mai osservato prima. Le onde gravitazionali sono state rivelate il ​​14 settembre 2015, alle 10:50:45 ora italiana, da entrambi gli strumenti gemelli LIGO, negli Stati Uniti, a Livingston, in Louisiana, e a Hanford, nello stato di Washington.

Gli osservatori LIGO, finanziati dalla National Science Foundation (NSF) e operati da Caltech e MIT, hanno registrato l'arrivo delle onde gravitazionali entro una finestra temporale di coincidenza di 10 millisecondi. L'importante risultato, pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters, è stato ottenuto, grazie ai dati dei due rivelatori LIGO, dalle Collaborazioni Scientifiche LIGO (che include la Collaborazione GEO600 e l'Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy - ACIGA) e VIRGO, che fa capo allo European Gravitational Observatory (EGO), fondato dall'INFN italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese.

Credit: C. Henze/NASA Ames Research Center

La scoperta è stata annunciata dalle collaborazioni LIGO e VIRGO nel corso di due conferenze simultanee, negli Stati Uniti a Washington, e in Italia a Cascina (Pisa), nella sede di EGO, il laboratorio nel quale si trova l'interferometro VIRGO, progetto ideato, realizzato e condotto dall'INFN e dal CNRS con il contributo di NIKHEF (Paesi Bassi), e in collaborazione con POLGRAW-PAN (Polonia) e Wigner Institute (Ungheria). Le onde gravitazionali rivelate sono state prodotte nell'ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 masse solari.

Le 3 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. I due buchi neri, prima di fondersi, hanno "spiraleggiato", per poi scontrarsi a una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce. L'osservazione conferma anche l'esistenza di sistemi binari di "buchi neri di massa stellare", in particolare aventi massa maggiore di 25 masse solari. E' il primo passo verso una conoscenza più profonda delle leggi che regolano l'Universo. Oggi andando indietro nel tempo si giunge ai 360.000 anni dopo il big bang, prima non si ha emissione di radiazione elettromagnetica.

Il processo di fusione dei due buchi neri responsabile delle onde gravitazionali rivelate è un evento accaduto a 410 megaparsec da noi, e risale quindi a quasi un miliardo e mezzo di anni fa, quando sulla Terra facevano la loro comparsa le prime cellule evolute in grado di utilizzare l'ossigeno. La teoria della Relatività Generale che Albert Einstein arrivò a formulare nel 1915 descrive la gravità come una manifestazione della curvatura dello spaziotempo. Lo spaziotempo è come un tessuto, ma a quattro dimensioni: le tre spaziali note, più il tempo. Secondo la Relatività Generale esso permea tutto l’universo, viene deformato dai corpi e perturbato da masse in movimento.

Queste perturbazioni sono appunto le onde gravitazionali che, dalla loro sorgente si diffondono in modo analogo alle increspature sulla superficie di uno stagno, viaggiando alla velocità della luce. "Questo risultato rappresenta una pietra miliare nella storia della fisica, ma ancor più è l’inizio di un nuovo capitolo per l’astrofisica, - spiega Fulvio Ricci, ricercatore dell'INFN che coordina la collaborazione internazionale VIRGO, e professore a La Sapienza Università di Roma – perché nei prossimi anni continueranno ad arrivare altri importanti risultati dagli interferometri LIGO e VIRGO, che oggi sono organizzati in un’unica rete globale di rivelatori di onde gravitazionali”.




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