All'inizio del 2016, una collaborazione internazionale di fisici ha registrato onde gravitazionali per la prima volta nella storia umana. Le onde sono state generate dalla fusione di due buchi neri e sono state rilevate utilizzando uno speciale rivelatore-interferometro LIGO, che si trova negli Stati Uniti. Cosa sono le onde gravitazionali, perché ci è voluto un secolo per scoprirle e qual è il ruolo degli scienziati russi in questo? Ne ha parlato a "Oblastnaya" il capo dell'Osservatorio astronomico dell'ISU, direttore scientifico del planetario di Irkutsk Sergei Yazev
- Cento anni fa, Albert Einstein ha completato il suo lavoro sulla teoria della relatività generale. La teoria, nuova a quel tempo, permetteva l'esistenza delle cosiddette onde gravitazionali, che sorgono costantemente e ovunque. Un semplice esempio: agitiamo la mano, le onde gravitazionali divergono dalla mano. Ma la gravità è la forza più debole in natura e sono necessari due fattori per fissare le onde gravitazionali. Innanzitutto, deve verificarsi un evento potente in cui sono coinvolte masse gigantesche, ad esempio la fusione di stelle tra loro, la caduta di una stella su un'altra o qualcosa di simile. In secondo luogo, abbiamo bisogno di apparecchiature incredibilmente sensibili che registrino il segnale di questo evento sulla Terra.
L'idea di come registrare le onde gravitazionali esiste da decenni. I fisici capivano perfettamente cosa doveva essere fatto, ma le tecnologie necessarie semplicemente non esistevano da molto tempo. Il rilevatore di interferometro LIGO con sede negli Stati Uniti, che ha rilevato i segnali di onde gravitazionali, è stato concepito nel 1992. Per molto tempo i fisici non sono stati in grado di riparare nulla, perché l'installazione mancava di sensibilità. Il fatto è che le onde gravitazionali sono, infatti, vibrazioni di una certa entità, che i fisici chiamano "spazio-tempo". Ciò significa, ad esempio, che la distanza tra due elementi dell'installazione può iniziare a fluttuare, perché lo spazio stesso cambia le sue proprietà. Si è scoperto che la sensibilità richiesta del dispositivo è oltre i limiti della percezione reale: l'ampiezza delle oscillazioni dovrebbe essere circa 10 mila volte inferiore,rispetto alla dimensione del nucleo atomico. Questa è una precisione fantastica. L'anno scorso, l'installazione è stata modernizzata, dopodiché è stato possibile registrare un segnale dalle profondità dell'Universo su un evento estremamente potente: la fusione di due buchi neri. È successo un miliardo e trecento milioni di anni fa, e solo il 14 settembre dello scorso anno i suoi echi hanno raggiunto la Terra. Grazie al lampo di raggi gamma registrato simultaneamente, è diventato chiaro che non si tratta di rumore casuale. Gli esperti stanno verificando il risultato da molto tempo e solo a febbraio hanno rischiato di informare il mondo che era stata fatta una grande scoperta.e solo il 14 settembre dell'anno scorso i suoi echi hanno raggiunto la Terra. Grazie al lampo di raggi gamma registrato simultaneamente, è diventato chiaro che non si tratta di rumore casuale. Gli esperti controllano il risultato da moltissimo tempo e solo a febbraio hanno rischiato di informare il mondo che era stata fatta una grande scoperta.e solo il 14 settembre dell'anno scorso i suoi echi hanno raggiunto la Terra. Grazie al lampo di raggi gamma registrato simultaneamente, è diventato chiaro che non si tratta di rumore casuale. Gli esperti controllano il risultato da moltissimo tempo e solo a febbraio hanno rischiato di informare il mondo che era stata fatta una grande scoperta.
Sergey Arturovich, qual è il significato della scoperta delle onde gravitazionali per la scienza?
- Le onde gravitazionali attraversano qualsiasi cosa. Ciò significa che riceveremo un nuovo tipo di informazioni sui processi fisici. Durante l'evento del 14 settembre, le tre masse del Sole, quando due buchi neri si sono fusi, si sono trasformati in energia di onde gravitazionali. Questa è un'energia mostruosa, quindi anche a una distanza di un miliardo e trecento milioni di anni luce, abbiamo sentito questo evento. Immagina: un tremito dello spazio che si è diffuso in tutto l'universo.
È importante notare che molte altre scoperte sono state fatte contemporaneamente alla registrazione delle onde gravitazionali. In primo luogo, è stata ottenuta la prova dell'esistenza di buchi neri. Gli astronomi e gli astrofisici non ne dubitavano, ma alcuni fisici teorici fino a poco tempo fa negavano l'esistenza di tali oggetti. In secondo luogo, è stato confermato che le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce, prevista dalla relatività generale.
Bisogna dire un'altra scoperta. Esiste un tale concetto di "orizzonte degli eventi del buco nero". Due buchi fusi tra loro, l'orizzonte degli eventi assumeva una certa forma complessa e fluttuava. Il risultato è un guscio, sotto il quale c'è già un buco nero, ma non ancora fuori. Questo effetto - la dinamica dell'orizzonte degli eventi - è stato registrato per la prima volta durante le osservazioni, sebbene nessuno si aspettasse questo tipo di scoperta.
Gli scienziati russi hanno preso parte a un esperimento per registrare le onde gravitazionali?
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- Il rivelatore-interferometro è americano, ma l'esperienza è stata fornita da un team internazionale, che comprendeva specialisti russi. L'installazione ha catturato le onde gravitazionali stesse, ma era necessario capire da dove provenissero, quale evento le avesse causate. Quindi, per questo, il programma ha utilizzato telescopi da tutto il mondo, inclusa la rete russa di telescopi "MASTER". Tuttavia, era ancora possibile determinare la fonte delle onde con l'aiuto di tecnologie straniere.
Molte delle basi teoriche dell'esperimento condotto negli Stati Uniti sono state create in Russia. Nel nostro paese, uno dei pionieri della ricerca delle onde gravitazionali è stato il famoso fisico, un impiegato dell'Università statale di Mosca, Vladimir Braginsky.
L'astrofisico di Mosca, capo del progetto MASTER, Vladimir Lipunov, insieme ai suoi colleghi, nel lontano 1992 pubblicò un articolo in cui si diceva che il primo evento a riparare le onde gravitazionali sarebbe proprio la fusione dei buchi neri. Inoltre, è noto che scienziati russi hanno contribuito allo sviluppo del design del rivelatore-interferometro. In generale, circa un migliaio di persone, in un modo o nell'altro, hanno preso parte al progetto ei fisici russi hanno dato il loro contributo alla causa comune.
La scoperta delle onde gravitazionali può qualificarsi per il Premio Nobel per la Fisica?
- In generale, la scoperta delle onde gravitazionali è un evento di classe Nobel. Nella maggior parte dei casi, le scoperte avvengono in modo imprevisto. Ma negli ultimi anni, ci sono state due eccezioni in cui le scoperte erano previste e sono avvenute. Stiamo parlando del bosone di Higgs, la cui scoperta era attesa da diversi decenni, e delle onde gravitazionali, che hanno impiegato cento anni per confermare. Tutti questi eventi sono stati previsti teoricamente, in entrambi i casi la teoria si è rivelata corretta e confermata dalle osservazioni. Nel 2013, il primo premio in fisica è andato a François Engler e Peter Higgs. Penso che il Premio Nobel verrà assegnato anche per la scoperta delle onde gravitazionali.
