La scoperta delle onde gravitazionali

La caccia alle onde gravitazionali, previste da Einstein come corollario alle equazione delle relatività  generale è partita oltre 50 anni fa ed è  andata  di pari passo con i progressi della tecnologia e degli strumenti di rilevazione di queste inafferrabili onde.

Le onde gravitazionali sono perturbazioni dello  spaziotempo che si  propagano con  moto ondulatorio. Dopo che per decenni migliaia di fisici si  erano  duramente impegnati nel  captare una prova tangibile della loro esistenza,   il 15 settembre 2015 alle ore 9.50.45 secondi,  tempo del meridiano di Greenwich,  i due interferometri LIGO (USA) hanno rilevato nello stesso arco temporale il  primo segnale  di onda gravitazionale battezzato GW950114.

Il  rilevamento iniziale  è stato effettuato quasi istantaneamente attraverso un software in grado di analizzare segnali transitori di forma generica che ha allertato i fisici entro 3  minuti dall’evento. Successivamente  analisi più raffinate effettuate attraverso modelli relativistici che contemplano le forme d’onda di due sistemi binari che spiraleggiano rapidamente prima di fondersi hanno permesso di classificare  GW950114 come  un evento statisticamente  probante e nettamente  separato dal rumore  di fondo, principale  nemico per la rilevazione delle onde  gravitazionali.

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.

L’importanza  della  conferma  di uno degli aspetti più importanti della teoria della relatività generale è stata sottolineata  dal fatto che appena due anni dopo, nel 2017, il  Nobel per  la Fisica è andato agli scienziati che hanno coordinato questa importante scoperta Rainer Weiss del MIT, Kip Thorne Barry Barish del Caltech.

Il secondo periodo di osservazione iniziato il 30 novembre  2016 e conclusosi il  25 agosto del 2017,  al quale  ha partecipato  anche l’interferometro italo-francese VIRGO (situato a Cascina) ha  permesso di individuare un ulteriore  segnale proveniente dalla  fusione di due oggetti molto più piccoli, ma non meno estremi, ovvero due stelle di neutroni.  

Le due  stelle avevano una massa oscillante  da 0,9 a 2,3 volte quella del Sole,  una fusione  di stelle  di neutroni  è accompagnata da una forte emissione elettromagnetica ed infatti  per la prima  volta sono state  rilevate  onde gravitazionali accompagnate dalla  luce prodotta dalla spettacolare collisione di  questi due oggetti estremi.

Il  movimento a spirale delle due stelle di neutroni è stato  osservato tramite i segnali gravitazionali per circa  100 secondi prima della  fusione.