Dopo l'accensione nel settembre 2015, il doppio osservatorio LIGO - il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatories di Hanford, Washington e Livingston, Louisiana - ha rilevato simultaneamente la fusione di due buchi neri nella prima sessione di lavoro, sebbene la loro sensibilità fosse impostata al 30% del possibile. La fusione di due buchi neri 36 e 29 masse solari, scoperti il 14 settembre 2015, e altri buchi neri a 14 e 8 masse solari, scoperti il 26 dicembre 2015, ha fornito la prima conferma definitiva e diretta dell'esistenza delle onde gravitazionali. Ci è voluto un secolo per farlo. Infine, la tecnologia è stata in grado di testare la teoria e confermarla.
Ma la scoperta di queste onde è solo l'inizio: una nuova era si sta preparando per l'astronomia. 101 anni fa, Einstein propose una nuova teoria della gravità: la relatività generale. Insieme a ciò arrivò la consapevolezza: le masse lontane non attraggono istantaneamente quelle simili in tutto l'universo, questa presenza di materia ed energia deforma il tessuto dello spazio-tempo. Questa immagine completamente nuova della gravità ha portato con sé tutta una serie di conseguenze inaspettate, tra cui lenti gravitazionali, un universo in espansione, dilatazione del tempo gravitazionale e - come ora sappiamo per certo - l'esistenza di un nuovo tipo di radiazione: le onde gravitazionali. Quando le masse si muovono o accelerano l'una rispetto all'altra nello spazio, la reazione dello spazio stesso crea increspature. Questa ondulazione si muove attraverso lo spazio alla velocità della luce e, di conseguenza, cadendo nei nostri rilevatori,ci informa di eventi lontani attraverso onde gravitazionali.
È più facile rilevare oggetti che emettono segnali forti, ovvero:
- grandi masse, - situati a poca distanza tra loro, - rotazione veloce, Video promozionale:
- con orbite che cambiano in modo significativo.
I migliori candidati sono ovviamente oggetti in collisione e collasso come buchi neri e stelle di neutroni. Dobbiamo anche tenere a mente la frequenza alla quale possiamo rilevare questi oggetti, che sarà approssimativamente uguale alla lunghezza del percorso del rivelatore (lunghezza del braccio moltiplicata per il numero di riflessi) divisa per la velocità della luce.
LIGO, con i suoi bracci di 4 chilometri con migliaia di riflessi di luce, può vedere oggetti a frequenze dell'ordine dei millisecondi. Ciò include la fusione di buchi neri e stelle di neutroni nell'ultima fase della fusione, nonché eventi esotici come i buchi neri o le stelle di neutroni che consumano una grande fetta di materia e gorgogliano, diventando più sferiche. Una supernova altamente asimmetrica può anche creare un'onda gravitazionale; è improbabile che il collasso del nucleo colpisca i rilevatori di onde gravitazionali, la fusione di stelle nane bianche nelle vicinanze potrebbe benissimo.
Abbiamo già visto fusioni di buchi neri con buchi neri, e man mano che LIGO migliora, è ragionevole presumere che nei prossimi anni avremo la prima generazione di stime di buchi neri di masse stellari (da poche a cento masse solari). LIGO deve anche trovare fusioni di stelle di neutroni con stelle di neutroni; quando gli osservatori raggiungeranno la sensibilità programmata, potranno osservare da tre a quattro eventi al mese, se le nostre stime della frequenza della loro fusione e della sensibilità LIGO sono corrette.
Le supernove asimmetriche e il gorgogliamento di buchi di neutroni esotici saranno estremamente interessanti da rilevare (se possibile, perché si ritiene che siano eventi rari). Ma le scoperte più grandi sono da aspettarsi con più rilevatori. Quando il rivelatore VIRGO in Italia inizierà a funzionare, sarà possibile il posizionamento reale tramite triangolazione: saremo in grado di determinare con precisione dove nascono questi eventi nello spazio, per poi effettuare misurazioni ottiche. VIRGO sarà seguito da interferometri a onde gravitazionali in Giappone e India. In pochi anni, la nostra visione del cielo delle onde gravitazionali raggiungerà un nuovo livello.
Ma i nostri più grandi successi inizieranno quando porteremo nello spazio le nostre ambizioni legate alle onde gravitazionali. Nello spazio, non sei limitato al rumore sismico, agli incidenti di camion o alla tettonica delle placche; solo un silenzioso vuoto spaziale sullo sfondo. Non sei limitato dalla curvatura della Terra, dalla possibile lunghezza dei bracci dell'osservatorio; è possibile lanciare l'osservatorio più lontano dalla Terra o addirittura in orbita attorno al Sole. Potremmo misurare gli oggetti non per millisecondi, ma per secondi, giorni, settimane o più. Potremmo rilevare onde gravitazionali da buchi neri supermassicci, inclusi i più grandi oggetti conosciuti nell'universo.
Infine, se costruiamo un osservatorio spaziale abbastanza grande e abbastanza sensibile, potremmo vedere le onde gravitazionali lasciate dal Big Bang stesso. Potremmo rilevare direttamente le perturbazioni gravitazionali dell'inflazione cosmica e non solo confermare le nostre origini cosmiche, ma anche provare che la gravità stessa è una forza quantistica della natura. Dopo tutto, queste onde gravitazionali inflazionistiche non sarebbero potute apparire se la gravità stessa non fosse un campo quantistico.
È attualmente in corso un dibattito su quale missione della NASA sarà una priorità negli anni 2030. Sebbene vengano offerte molte buone missioni, vale la pena notare la costruzione di un osservatorio spaziale di onde gravitazionali in orbita attorno al sole. Abbiamo la tecnologia, abbiamo dimostrato la sua lavorabilità, abbiamo confermato l'esistenza delle onde. Il futuro dell'astronomia delle onde gravitazionali è limitato solo da ciò che l'universo stesso può fornirci e da quanto spenderemo per questo. Il periodo di massimo splendore di una nuova era è già iniziato. La domanda rimane quanto brillantemente brillerà questo nuovo campo dell'astronomia.
ILYA KHEL
