Onde gravitazionali

Era più o meno metà settembre. Irene aveva da poco iniziato la scuola, e quella per noi era la gran novità del momento. Io pensavo a tutt’altro, insomma, quando una sera Giuliano mi disse che al suo gruppo di ricerca era arrivato un alert per la ricerca di possibili controparti ottiche di onde gravitazionali. Era una mail che veniva dall’America, e indicava una grossa porzione di cielo in cui cercare.
«Mi stai dicendo che abbiamo visto le onde gravitazionali? Dopo settant’anni è più che le cerchiamo?» chiesi io già con una certa accelerazione del battito cardiaco.
«Sembra di sì».
Per capire perché fossi emozionata, occorre fare un passo indietro. Di cento anni, per la precisione, a quel geniaccio di Einstein che, se c’è un aldilà, oggi sta brindando alla faccia nostra.
Tutti conoscete la forza di gravità, una delle forze fondamentali della natura. La forza di gravità agisce tra le masse, tutte le masse, e le fa attrarre. La sua forma matematica è stata elaborata da Newton, e credo la conosciate tutti.

gravità

Sostanzialmente significa che i corpi si attirano con forza maggiore tanto più grandi sono le masse coinvolte, e che questa forza decresce abbastanza rapidamente con la distanza.
La forza di gravità la sperimentiamo tutti i giorni: è quella che fa cadere gli oggetti, che ci tiene saldi a terra, che fa girare la Terra intorno al Sole.
Nel 1915, cercando di spiegare una serie di effetti sperimentali che non tornavano con le teorie, Einstein diede una descrizione più precisa della forza di gravità con la sua Teoria della Relatività Generale. La teoria della relatività dice sostanzialmente questo: lo spazio e il tempo sono un’entità unica, lo spazio-tempo, appunto. Le masse sono in grado di deformare lo spazio-tempo; per capire cosa vuol dire immaginiamo di vivere in uno spazio a due dimensioni, per comodità, un bel telo elastico. Se è ben teso, il telo è piatto e, per andare da A a B (vedi disegno a) la via più breve è una linea retta.

relatività

Se però metto tra A e B un peso, questo deforma il telo. Per andare da A a B rimanendo vincolati al telo la via più breve sarà una linea curva (disegno b). La stessa cosa succede nello spazio-tempo, solo che è impossibile da visualizzare facilmente, perché lo spazio-tempo ha quattro dimensioni, ma l’effetto è, sostanzialmente, lo stesso.
Ora, in linea di massima parrebbe che tanto l’interpretazione di Newton che quella di Einstein portino allo stesso risultato: nel caso del sistema solare, ad esempio, i pianeti girano intorno al Sole sia che la si veda come Einstein che come Newton. In realtà ci sono effetti osservativi che la relatività spiega, e Newton no. L’esempio più straordinario sono le lenti gravitazionali. Vi incollo qui sotto un esempio.

Cheshire Cat

Questo è il Cheshire Cat, lo Stregatto; quelle che vedete formare il contorno del volto e il sorriso del gatto sono lenti gravitazionali. Funzionano così: immaginiamo di avere un grosso oggetto tra noi e una stella lontana. Se consideriamo la legge di gravitazione universale di Newton, non dovremmo essere in grado di vedere la stella; i fotoni non hanno massa, quindi non risentono della forza di gravità. Secondo la relatività generale, invece, i fotoni si muovono comunque sullo spazio-tempo, e dunque sono costretti a seguirne la curvatura. L’effetto è che, nonostante la presenza del grosso oggetto, noi vediamo comunque la luce della stella: deformata, e ci sembrerà venire da un’altra direzione, ma la vedremo. La cosa è esemplificata da questo disegno.

lenti gravitazionali

Tornando allo Stregatto, sorriso e il profilo del volto sono galassie poste dietro un ammasso (gli occhi del gatto), che non dovremmo vedere; ma poiché lo spazio-tempo è curvato dall’ammasso, i fotoni “girano” e dunque le vediamo lo stesso. Einstein aveva previsto quest’effetto, che venne osservato per via sperimentale nel 1919, durante un’eclisse di Sole.
Fin qui, però, non s’è parlato di onde gravitazionali. Sono un’altra predizione della teoria della relatività generale. Un’onda, vabbè, lo sappiamo tutti cos’è: pensate al mare. Lì la superficie dell’acqua viene in qualche modo modificata, perturbata si dice, e questo movimento si propaga. Notate che le particelle non si spostano realmente: oscillano intorno a una posizione d’equilibrio. Le onde elettromagnetiche, tra le quali annoveriamo anche la luce, sono perturbazioni del campo elettromagnetico. Le onde gravitazionali sono dunque perturbazioni del campo gravitazionale. Si generano quando delle masse subiscono un’accelerazione, e il problema è che sono minuscole. Tecnicamente, se ne producono di continuo. Qualsiasi massa accelerata le produce, ma sono così minuscole che non siamo in grado di vederle. Possiamo captarle solo quando a produrle sono masse molto, molto grandi.
Ora, le onde gravitazionali le cercavamo da qualcosa come settant’anni. I primi rivelatori risalgono agli anni ’50, e nessuno ha mai visto niente. Ci sono antenne che stanno lì a cercare di captare qualcosa da decenni. Ogni tanto arriva un falso positivo; un terremoto ad esempio, perché, quando il segnale da rivelare è così piccolo, le sorgenti di rumore (ossia i segnali che disturbano la mia misura) sono veramente tantissime. Ma mai, mai era stato visto niente. Confesso, io pensavo non le avremmo mai trovate.
Ora, facciamo un salto avanti e fermiamoci al 2003. In questo anno entrano in azione due nuove antenne per la rivelazione di onde gravitazionali: LIGO, negli USA, e VIRGO, in Italia, a Cascina, vicino Pisa. Si tratta di due interferometri. Funzionano così:

LIGO

ci sono due lunghissimi fasci laser (4 km per LIGO, 3 km per Virgo). I due fasci sono perpendicolari, vengono riflessi, e infine ricombinati su un rivelatore. In questa situazione i due fasci interferiscono producendo una figura di interferenza nota. Immaginiamo che come in figura passi un’onda gravitazionale: a seconda della direzione, modificherà la lunghezza dei due bracci in modo diverso. Cambiando la lunghezza dei bracci, cambia anche la figura di diffrazione, e dalla sua modifica, grazie alle predizioni teoriche, saprò che è passata un’onda gravitazionale. I rivelatori sono due (in verità tre, perché LIGO è composto da due antenne distanti migliaia di km) per rendere più robusta la rivelazione (un segnale visto contemporaneamente, simile, in due antenne ha meno probabilità di essere un “falso positivo”) e per permette di identificare meglio in cielo la sorgente. Detto così, potrebbe sembrare semplice (spero :P ). Si tratta di misurare una differenza in lunghezza. Pari a 10^-18 m su 3 km; per chi non ha troppa dimestichezza con questo tipo di notazione, 10^-18 è uguale a 0,000000000000000001 metri. Su 3000 metri. Durante la già celebre conferenza stampa di oggi pomeriggio Catherine Nary-Man ha detto che è come voler misurare lo spessore di un capello sulla distanza tra la Terra e il Proxima Centaury. E, infatti, la storia della ricerca delle onde gravitazionali è stata fin qui soprattutto la storia di una sfida tecnologica, nel cercare di produrre strumenti sempre più precisi, sempre più accurati. Senza risultato.
Così, nel 2010 i tre rivelatori vengono spenti per aggiornarli in modo da renderli più precisi. Gli anni passano, e, finalmente, nel settembre del 2015, LIGO torna operativo. VIRGO, nel frattempo, è ancora spento. Il 14 settembre, alle 5:51 del mattino ora locale, all’improvviso le due antenne di LIGO rivelano qualcosa. Questo.

LIGO detection

Vi spiego un po’ il grafico. Hanford e Livingston sono le due antenne. In alto, vedete il segnale osservato. Si nota immediatamente che è pressoché identico tra le due antenne (nel grafico di destra le due curve sono anche state sovrapposte per farlo vedere). Al centro, c’è il segnale previsto dalla relatività generale. In basso, la differenza tra dato e previsione, nel quale si vede sostanzialmente solo il rumore della misura. Notate anche, al netto del rumore, quanto il segnale rivelato sia simile a quello previsto. In base alle previsioni teoriche, i ricercatori sono anche in grado di dire cosa ha generato l’onda captata: si tratta della coalescenza di due buchi neri. Un buco nero è un oggetto densissimo, per quanto ne sappiamo con densità infinita. Sono oggetti così densi che la loro forza di gravità è in grado di intrappolare persino la luce; per questo sono “neri”. Due buchi neri coalescenti sono due buchi neri che si girano intorno avvicinandosi sempre di più, fino a fondersi. Fino a quel 14 settembre, due buchi neri del genere sono un oggetto teorico, di cui non si hanno prove sperimentali dirette. Le caratteristiche dell’onda permettono di risalire alle masse: uno ha 36 volte la massa del Sole, l’altro 29 volte. L’oggetto finale nato da questo scontro mostruoso ha 62 volte la massa del Sole (sì, la massa finale è minore della somma, perché parte di questa massa si è persa in energia gravitazionale).
Questo, però, è solo l’inizio della storia. Iniziano le verifiche per essere sicuri che non sia un errore, e parte la macchina della collaborazione: il protocollo prevedere che si cerchi in cielo una controparte, ossia una nuova sorgente in una delle bande nelle quali studiamo l’Universo (ottico, il visibile, o alte energie, raggi X e gamma). Potrebbe essere lei ad aver generato l’onda gravitazionale. È a questo punto della storia che Giuliano mi fa il suo annuncio, e io percepisco chiaramente che siamo tutti sull’orlo di un momento storico.
C’è però un ma. La macchina che dalla rivelazione porta infine alla determinazione che sì, abbiamo visto le onde gravitazionali, è complessa, e coinvolge centinaia di persone (questo è l’articolo originale; contate il numero degli autori…e sono solo una parte delle persone coinvolte). Per questo, ogni tanto si testa l’efficacia del tutto. Nella collaborazione esistono tre persone che possono iniettare nell’antenna un falso segnale, per testare che tutto vada secondo i piani. Nessuno, a parte chi ha iniettato il segnale, sa che si tratta di un falso allarme. Lo dice solo alla fine, quando la collaborazione è sul punto di dare la notizia, altrimenti che esercitazione sarebbe…È già successo in passato, e la collaborazione era pronta per la conferenza stampa di annuncio. Per questa ragione c’è anche una regola, che vincola tutti i partecipanti al progetto: è un accordo di segretezza. In caso di rivelazione, nessuno può parlare prima della conferenza stampa pubblica.
Comunque, la macchina si mette in moto. Solo che il 24 settembre compare questo tweet.

Krauss tweet

Krauss non è l’ultimo arrivato, ed è anche noto al grande pubblico per un bel libro di divulgazione, La Fisica di Star Trek. Solo che il suo tweet significa che qualcuno ha parlato, contravvenendo alle regole (e rischiano anche di essere cacciato dalla collaborazione). Per mesi le indiscrezioni si rincorrono, in uno spettacolo assai poco edificante. E se fosse stata tutta una simulazione? O un errore? Ve li ricordate i neutrini superluminali del Gran Sasso? Lì era stato un errore.
E io intanto guardavo alla cosa dall’esterno; guardavo mio marito e i colleghi andare avanti col lavoro, vedevo la notizia farsi sempre più concreta…e me lo tenevo per me, ovvio :P .
Fino a ieri pomeriggio.
Ora, io sapevo cosa avrebbero detto. Perché era assurdo che facessero una conferenza stampa per dire “guardate che era un falso allarme”. Io lo sapevo, eppure, quando hanno annunciato di aver captato per la prima volta le onde gravitazionali, ebbene, il mio cuore ha fatto un salto, ho abbracciato Irene, chiamato mio padre e scritto a mio zio. Perché era un momento storico, era la fine di una ricerca lunghissima, e l’inizio di una nuova pagina per l’astrofisica. Sì, perché la cosa straordinaria non è tanto – o solo – che dopo settant’anni abbiamo visto le onde gravitazionali. Prove indirette della loro esistenza c’erano già. No, è che ora è possibile studiare l’Universo in una nuova banda, non più solamente la luce visibile (l’ottico) o le alte energie. In sintesi, non possiamo più misurare solo l’emissione elettromagnetica dei corpi celesti. Adesso possiamo misurare anche l’emissione gravitazionale, aprendo un campo completamente nuovo di indagine. E questo significa chissà quanti altri misteri da spiegare, quante altre scoperte che ci attendono. È un cambiamento di paradigma, e per questo è una scoperta da premio Nobel; cambia l’astrofisica per davvero e per sempre.
Io sono onorata di aver avuto la fortuna di assistere, e per di più abbastanza da vicino, a un momento del genere nella mia vita. Quasi sempre la storia ci passa di fianco sotto forma di guerra, tragedia, e sconvolge le nostre vite. È così bello, invece, quando è la conoscenza a toccarci, a farci capire innanzitutto che, sebbene a fronte del cosmo, della sua vastità nello spazio e nel tempo, siamo nulla, restiamo pur sempre, per quanto ne sappiamo, l’unica forma di vita in grado di capire l’Universo. È così bello sapere che, quando ci mettiamo assieme, siamo capaci di cose straordinarie. È così bello che per una volta – non l’unica, certo, per fortuna, ma a me così vicina per gusti e per sentire – sia la pace a scrivere la storia.
Io sono eccitata e contenta. Spero di avervi resi partecipi di questa storia che stiamo scrivendo in questa forma da più di 400 anni, da quel Galileo Galilei che è stato – a ragione – molto citato oggi, ma che viene in realtà da molto più lontano: dalla prima volta in cui abbiamo alzato gli occhi al cielo e ci siamo chiesti perché.

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47 risposte a Onde gravitazionali

  1. Jaco scrive:

    Ciao Licia, bell’articolo come sempre, sia nei tuoi libri che nei tuoi post traspare la passione, oltre al fatto che li spieghi in modo semplice ma efficace, grande :D .
    Molto bella questa scoperta chissà dove ci potrà portare più avanti.

  2. Sofia Barbieri scrive:

    Grazie mille Licia! Io ho solo 13 anni e quindi questo campo scientifico mi risulta un po’ complesso da capire… Ma tu sei riuscita a rendermelo chiaro, spiegando ogni cosa in modo semplice e perfetto. Io adoro gli astri, l’universo, le sue infinite teorie e i suoi infiniti misteri e quindi mi piace sapere che si sono scoperte nuove cose.
    Ti devo ringraziare tantissimo perché è soprattutto grazie a te se ora ho scoperto questo “nuovo mondo”, se ho capito quanto é importante la coscienza del nostro universo… Quindi grazie mille Licia, Grazie di cuore davvero. ❤

  3. daniele scrive:

    Grazie a te! risposta chiarissima!

  4. daniele scrive:

    Bellissimo pezzo, Licia, complimenti. Da far girare e promuovere. Ho una domanda a cui non riesco a trovare risposta: è possibile sapere da dove arriva il segnale? Cioè, in quale regione/costellazione dello spazio sarebbe avvenuto il collasso dei due buchi neri è possibile saperlo (ovviamente ragionando di coordinate spaziali, non di vera e propria ‘posizione’ che mi pare ben oltre le stelle che formano le costellazioni note… ;) )

    • Licia scrive:

      Sì, è possibile, è la ragione per cui la collaborazione LIGO-VIRGO consta di tre antenne, le due USA, separate da 3000 e passa km, e quella italiana. Osservando il segnale in ingresso con tutti e tre i rivelatori è possibile triangolarlo; in realtà, anche per quello famoso captato a settembre del 2015 è possibile conoscere quanto meno una porzione di cielo nel quale dovrebbe essere stato originato. Il fatto è che in questo caso VIRGO era spenta, e quindi solo le due antenne di LIGO l’hanno visto, dunque l’identificazione della posizione della sorgente in cielo è molto meno precisa. Questo è lo spicchio di cielo in cui dovrebbe essersi originato

      http://astrobites.org/wp-content/uploads/2016/02/Screen-Shot-2016-02-11-at-8.51.55-AM.png

      In linea di massima, l’area in cui probabilmente è avvenuto l’evento che ha prodotto le onde gravitazionali è quello indicato dalle linee viola.

    • Licia scrive:

      Ah, ovviamente grazie :) .

  5. Sara scrive:

    Sostenere che qualsiasi massa accelerata produca onde gravitazionali non è corretto. Nella teoria della relatività generale di Einstein le onde gravitazionali sono di natura quadrupolare, per cui per produrle devi avere necessariamente un processo di accelerazione in grado di rompere ogni eventuale simmetria di tipo sferico o cilindrico che fosse preesistente (altrimenti il momento di quadrupolo della distribuzione di massa sarebbe nullo).
    Per fare qualche esempio: un collasso gravitazionale
    perfettamente sferico non emette
    onde gravitazionali; un collasso gravitazionale non
    sferico, oppure la coalescenza di
    stelle e buchi neri, invece sì, le emette.

    • Licia scrive:

      Grazie!

    • Licia scrive:

      Scusa se approfitto della tua presenza, ma mi sa che puoi rispondere anche a Paolo, più sotto, che chiedeva che succede al passaggio di un’onda che in qualche modo modifica di una stessa lunghezza i due bracci (tipo a 45° gradi rispetto ai due bracci del rivelatore, era il suo esempio), sempre che ciò sia fisicamente possibile.

    • Sara scrive:

      Non mi ero accorta della tua richiesta. Ma WordPress non manda più un’email di notifica per le risposte ai commenti? Ora rispondo a Paolo :)

    • Licia scrive:

      Boh, non lo so…intanto ho provato a rispondere anch’io.

  6. Signor Smith scrive:

    Grazie dello splendido racconto. La vita mi ha portato ad altro ma la passione per la fantascienza si è evoluta in un grande interesse per la scienza e per l’astrofisica e questo tuo raccontare “quasi dall’interno”, ottimamente, un evento di tale portata ha reso la notizia facilmente (insomma…) comprensibile anche a chi non è della materia. Linko dal mio sito…

  7. Gmarco scrive:

    Quello che scrivi sulla potenza della collaborazione e sulla pace.. Quello è il messaggio che da speranza all’uomo.
    Il pensiero è la cosa più grande che abbiamo, è quello che può cambiare tutto..
    Non è per niente scontato , ma volente o nolente è quello che alla fine ci salverà.

  8. Marco Moppi scrive:

    Primo: bella storia, tutta. La tua, la scoperta, gli orizzonti.
    Secondo:quando mia figlia era piccola, comprò uno dei tuoi primi libri. Poi me lo passò e ad un certo punto il tuo personaggio (perdonami, ma non ne ricordo affatto il nome) vedeva per la prima volta la neve. A quel punto pensai che tu eri romana, e così in effetti è. Infatti avevi trasmessa la precisa emozione che viviamo da queste parti quando nevica. E così anche in questo tuo breve racconto sai narrare quello che si può provare da spettatori di un evento di questa natura, profani ma abbastanza adeguati per comprendere il senso di quello che è successo e di quanto in realtà ci coinvolge. Brava!

  9. Felice scrive:

    Avessi avuto un’insegnante di fisica come te probabilmente adesso la “odierei” sicuramente meno… sei stata chiarissima nella spiegazione e adesso capisco a fondo la grandezza di questa scoperta! Sono felicissimo per tutto ciò che di buono potrà portare questa scoperta!
    E grazie anche per le parole alla fine dell’articolo…è proprio vero, siamo nulla, ma quando ci mettiamo insieme siamo capaci di cose straordinarie! Grazie Licia!
    Felice

  10. Giuseppe scrive:

    Mi sono avvicinato alla fisica dopo aver letto il libro di Robert Lanza. Provo oggi una sensazione mista tra stupore, gioia ed eccitazione. Credo che i veri grandi della storia dell’umanità non vengano mai celebrati abbastanza. Onore ad Albert Einstein, ma anche voi che avete perseverato nella ricerca e raggiunto il risultato. La mia stima per ogni singola persona che ha partecipato alla ricerca.

  11. Veronica de Angelis scrive:

    Sono finita qui dalla super veloce intervista in cui spieghi le onde gravitazionali in pochi minuti. Adesso dopo aver letto tutto il tuo articolo ad alta voce al mio compagno informatico, amante dello spazio, sono così entusiasta che diffonderò il tuo “verbo” in rete perché io che lavoro all’università tra bandi, ministeri, accordi, progetti, non ho mai visto e letto nulla di più concreto e esplicativo di questo tuo post. Grazie mille! E complimenti per il cappellino con il gatto!

  12. Licia scrive:

    Grazie tantissimo a tutti: scrivere post di questo genere è piuttosto faticoso, perché occorre molta ricerca, soprattutto per le immagini, le citazioni e i dati. Questo articolo, in particolare, mi ha preso un paio di ore, nonostante queste cose le avessi già spiegate in Dove Va a Finire il Cielo è abbia riciclato pure un paio di immagini prese dal libro :P . Per questo mi fa davvero piacere che l’abbia te apprezzato e condiviso. Grazie davvero un sacco!

  13. Laura scrive:

    Grazie mi hai fatto sognare ed emozionare….

  14. Fausto Lucantonio scrive:

    Chiaro, coinvolgente, passionale e tecnicamente chiaro ….. fossero tutti così a spiegare le cose capirei sicuramente di più. Complimenti

  15. giorgio scrive:

    Grazie per le spiegazioni per profani e per l’entusiamo!

  16. paolo scrive:

    sei giunta forte e chiara eistain aveva avvallato la legge di habb ovvero teoria del big bang mancavano conferme sulle onde già teorizzate sicuramente si potrà arrivare al momento magico della esplosione con molta più”precisione!eistain batte newtuon 1a 0

  17. paolo scrive:

    aricolo ben chiaro anche per noi profani eistein aveva appoggiato la egge di habb sulnascita dell”universo probabilmente questa conferma sulle onde si potra”giungere al momento magico della esplosione del big bang cui ancora mancavano conferme proprio dalle onde cofermando la teoria dell”universo in espansione

  18. giovanni scrive:

    Se ciò risulterà vero siamo all’ inizio di una nuova era,dispiace per quelli che non riescono ad appassionarsi di questa materia ma io ho provato una forte emozione.

  19. Alfonso Ernesto Navazio scrive:

    Grazie per la spiegazione. Posso usarla per le mie lezioni di Fisica?

  20. Sergio scrive:

    Bravissima !
    Ho letto con piacere il tuo testo fino alla fine e l’ho condiviso.

  21. danilo scrive:

    Grazie,
    bello, chiaro, appassionante e pieno di gioia.
    Mi lascia sognare e sperare.
    Danilo

  22. Gianfry scrive:

    no ho le conoscenze per una piena comprensione ma credo
    che sia una cosa strepitosa che apra un futuro impensabile
    prima Congratulazioni

  23. Massimo Mongai scrive:

    Vado a postare il tuo articolo sul mio sito e sul sito di Romanzi di fantascienza se non lo hanno già fatto. Condivido il tuo entusiasmo anche se diversamente da te io scrivo fantascienza e non fantasy ;-) comunque complimenti per l’articolo e per la chiarezza ;-)

  24. Grilloz scrive:

    Grazie, ottima spiegazione, semplice e appassionata.
    L’ho rimbalzato qui ;)

  25. Giacomo scrive:

    Meah… Sei riuscita a farmi commuovere ancora e questa volta non per un evento dei tuoi libri.
    Come molti mi son messo a cercare informazioni e ciò che dici non è “nuovo”. Beh, alla fine la teoria e la scoperta son quelle, ma le tue parole van oltre.
    Sei anche, a mio avviso, riuscita benissimo a spiegare un argomento che non è così semplice.
    Ciò che ha portato quel segnale rilevato è una cosa così grande da essere non immaginabile.
    Citando un video di link4universe, quando Galileo puntò il telescopio al cielo ha cambiato per sempre la storia dell’umanità anche se, in quel momento, nessuno avrebbe mai immaginato come.
    Siamo di nuovo a questo punto.
    Quel piccolo “chirp” ha cambiato la storia ancora una volta, anche se per ora non vediamo come è, come hai detto tu, per una volta una cosa così grande è avvenuta in un clima pacifico e di collaborazione tra paesi diversi.

  26. Vittorio scrive:

    Complimenti. Sei riuscita a far capire anche a me cose che non avevo mai capito. Ti ringrazio. Se tuo marito, con la sua squadra, merita il Nobel per la scoperta, tu meriti da sola quello per la divulgazione e la didattica.

  27. gianluigi scrive:

    Complimenti! Un articolo semplicemente “…semplice…”. Perfino il sottoscritto che ha finito liceo 40 anni fa (e di teoria della relatività non si spiegava nulla allora) sono riuscito a capire l’importanza della scoperta!
    Grazie!

  28. Paolo scrive:

    Una cosa che “geometricamente” non capisco. Lo schema é: 2 fasci di luce perpendicolari fra loro. Se l’ onda arrivasse a 45 gradi non deformerebbe in egual misura entrambi i percorsi?

    • Licia scrive:

      Ho chiesto a qualche collega che ci lavora, perché credo sia una cosa che solo loro ci possono spiegare bene. Mi girano in testa possibili risposte, ma voglio assicurarmi che siano giuste. Appena mi rispondono, ti giro la loro risposta :) .

    • silvia B. scrive:

      faccio un’ipotesi: le due “antenne” del sistema Ligo saranno orientate in modo diverso? Se così fosse, un’onda che arriva in direzione 45° per la prima antenna sarebbe in direzione diversa per l’altra…

    • Licia scrive:

      Allora, questa cosa, in effetti, è vera. Con un po’ di ricerca ho trovato le orientazioni dei due interferometri LIGO e VIRGO. Eccole (potete guardare solo la prima figura in alto)

      http://www.ligo.org/scientists/GW100916/GW100916-geometry.html

      Dopo di che, avanzo la mia ipotesi. Siamo abituati a pensare alle onde gravitazionali come le onde sulla superficie di un lago, ma questa è un’approssimazione bidimensionale di un fenomeno che di dimensioni in realtà ne coinvolge quattro. In sostanza, il passaggio di un’onda gravitazionale assomiglia a questa cosa qua

      http://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2016/02/gravitational_waves/15806630-2-eng-GB/Gravitational_waves_large.gif

      Ora, io credo che sia la forma stessa dell’onda, la sua geometria, che induca comunque una variazione differente nella lunghezza dei due bracci del rivelatore. Se qualcuno ha una spiegazione più corretta, si senta libera di condividerla :) .

    • Licia scrive:

      Questo video secondo me aiuta a capire: il cerchio di pallini mostra la deformazione indotta dal passaggio dell’onda gravitazionale. Ovviamente, l’effetto è stato ENORMEMENTE esagerato per renderlo visibile :P

      https://www.ligo.caltech.edu/video/ligo20160211v5

    • Sara scrive:

      Eccomi qui, tirata in ballo da Licia qualche commento più su :)

      La domanda di Paolo è molto interessante: lui “intuisce” in qualche modo l’esistenza di quella che viene chiamata risposta angolare dello strumento, ovvero la sensibilità, in funzione della direzione, che ha un interferometro nel rilevare le onde gravitazionali.

      Per semplicità, visualizziamo la configurazione geometrica di un interferometro con tre assi spaziali, indicando con x e y le direzioni dei due bracci dell’interferometro, e con z l’asse verticale, perpendicolare al piano xy.

      Questo è legato effettivamente proprio alla “forma” delle onde gravitazionali che si vede nelle immagini e simulazioni nei commenti sopra ed è legato al fatto che le onde gravitazionali sono a carattere quadrupolare. Questo significa che un’onda gravitazionale ha due polarizzazioni ortogonali, indichiamole con + e x, che formano tra loro un angolo di 45°. Ovvero, per semplicità, consideriamo un’onda gravitazionale che si propaga lungo z, la polarizzazione + fa sì che l’asse x si allunghi, mentre l’asse y si accorci. La polarizzazione x invece fa la stessa cosa ma su assi ruotati di 45° rispetto ai precedenti.
      In pratica, per calcolare la sensibilità dello strumento, si studiano gli “effetti” combinati sui bracci dell’interferometro dovuti alle due polarizzazioni per le diverse possibili direzioni di propagazione di un’onda gravitazionale.

      Il risultato di questi calcoli in relatività generale è che la risposta dell’interferometro in funzione della direzione risulta essere notevolmente non-direzionale: in pratica, si ha una risposta “nulla” (ovvero nessuna sensibilità) solo per direzioni di propagazione coincidenti con le bisettrici degli assi x e y, perché, come intuito già da Paolo, un’onda gravitazionale che si propaghi in una di queste direzioni produce differenze di lunghezza dei bracci dell’interferometro che sono sempre uguali per entrambi i bracci. Per amor di precisione, per quello che ne so, ci sono anche altri nulli, nel limite delle basse frequenze, ma ai fini del nostro discorso credo possiamo tralasciarli.

      Per cui, in sintesi, un interferometro è in grado di rilevare onde gravitazionali che arrivano da quasi tutte le direzioni, dove il quasi sottointende proprio l’impossibilità di vedere qualcosa per quelle che causano modifiche equivalenti in entrambi i bracci. Ovviamente come suggerisce Silvia, due rivelatori “orientati” in modo diverso avranno risposta nulla in direzioni diverse, per cui uno sarà sensibile alle onde a cui non è sensibile l’altro e viceversa.

      Spero di aver essere stata utile e soprattutto chiara. Concludo dicendo che non sono una super esperta di interferometri, per cui se qualcuno che lavora attivamente nel campo ha qualcosa da aggiungere, precisare, chiarificare, rettificare, etc sull’argomento, è sicuramente il benvenuto :)

    • Sara scrive:

      Ho scritto un po’ di fretta. Nel punto in cui dico “Questo è legato effettivamente proprio alla “forma” delle onde” invece di questo avrei dovuto scrivere “come la risposta dello strumento dipenda dalla direzione”.

  29. Isabella scrive:

    Complimenti Licia!
    Un articolo chiarissimo e illuminante, ti seguo da un po’ e come sempre riesci a trasmettere con così tanta chiarezza concetti e conoscenze molto complesse.
    Grazie!

  30. Diego scrive:

    Complimenti, bellissimo articolo e bellissima storia…

  31. Marina scrive:

    Licia! Ti ricordi di me? Mi sembra ieri che eri una talentuosissima ragazzina che intervistavo sul suo romanzo e oggi sei un’astrofisica (e mamma) che mi spiega le onde gravitazionali! Bellissimo l’articolo anche se non ho il know how per capirlo del tutto… Ti abbraccio!

  32. Francesco scrive:

    Brava Licia, bellissimo articolo. Posso inserire il link nel mio blog?
    Francesco

  33. Davide scrive:

    Brava Licia,
    immagino sia corretto, sicuramente comprensibile! E capisco ora l’eccitazione che ha suscitato.

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