La rivoluzione delle onde gravitazionali è diventata ormai realtà
A quattro anni dalla prima rilevazione delle onde gravitazionali, ora si registra un nuovo evento che le scatena quasi ogni settimana: una crescita esplosiva che sta cambiando la ricerca astrofisica e aprendo una finestra su aspetti del cosmo prima invisibili
di Jonathan O’Callaghan/Scientific American
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Quattro anni fa, le onde gravitazionali sono state l’argomento del giorno. Il 14 settembre 2015, la collaborazione LIGO-Virgo rilevava per la prima volta queste increspature dello spazio-tempo, per poi rendere noto il successo qualche mese più tardi e raccogliere meritate acclamazioni da tutto il mondo. Oggi, il campo è cresciuto in modo spettacolare, con decine di eventi rilevati, e all’orizzonte la prospettiva di altre scoperte ancor più entusiasmanti.
Il settore di ricerca “è esploso”, dice Nergis Mavalvala, del Massachusetts Institute of Technology. “Sono davvero colpito da quanto siamo riusciti a fare. È stupefacente sia dal punto di vista astrofisico sia per gli enormi progressi degli strumenti.”
Compresa quella prima scoperta, finora vi sono state 23 rilevazioni confermate di onde gravitazionali, in tre campagne di osservazione. Di esse, 20 erano dovute alla fusione di due buchi neri, due alla fusione di due stelle di neutroni, e una, se saranno confermati i sospetti iniziali, potrebbe essere il primo caso mai rilevato di fusione tra un buco nero e una stella di neutroni.
Ogni evento è stato entusiasmante di per sé, ma già il puro e semplice numero degli eventi rilevati – passati da uno al mese a quasi uno alla settimana grazie ai miglioramenti apportati a LIGO nel 2018 e nel 2019 per accrescerne la sensibilità – è un risultato davvero notevole. Secondo alcune stime, gli strumenti che captano le onde gravitazionali potrebbero arrivare a cogliere un evento di fusione ogni ora entro il 2023. “Sarebbe difficile esagerare il carattere esplosivo della crescita vissuta dell’astronomia delle onde gravitazionali”, dice Ben Farr dell’Università dell’Oregon.
Dall’evento singolo allo studio statistico
Grazie a tutto ciò, si stanno facendo notevoli progressi in tutta una serie di sottodiscipline dell’astrofisica. Daniel Holz, dell’Università di Chicago, dice che lo studio delle fusioni fra buchi neri, che adesso sembra quasi “noioso” dato l’alto numero degli eventi osservati, sta comunque cambiando in modo deciso. “Ci stiamo spostando molto rapidamente nel campo degli studi di popolazione e statistici”, dice. “Invece di analizzarli uno alla volta, ne studiamo un intero gruppo. E così adesso riusciamo a vedere qual è il tipo di distribuzione, quanti sono quelli grossi e quanti quelli piccoli. Come eventi in sé sono sempre ‘noiosi’, ma la loro distribuzione è affascinante.”
La prima fusione tra stelle di neutroni osservata da LIGO e Virgo, intanto, ha consentito ai ricercatori di sondare aspetti fondamentali dell’universo stesso. Christopher Berry della Northwestern University nota che i raggi gamma provenienti dall’evento sono stati rilevati da altri telescopi 1,6 secondi dopo le onde gravitazionali, e questo ha permesso un confronto senza precedenti fra la velocità delle onde gravitazionali e quella della luce.
“C’era da attendersi una piccola differenza nei tempi d’arrivo perché non è detto che vengano generate nello stesso momento”, dice. “Ma il fatto che era di 1,6 secondi ci ha permesso di verificare che la velocità della luce e quella della gravità sono in effetti le stesse, come previsto nella teoria della relatività generale.”
Un altro modo in cui gli scienziati hanno sperato di esplorare la relatività è l’osservazione di onde gravitazionali sottoposte al cosiddetto “effetto lente” (gravitazional lensing) da parte di un oggetto di grande massa. Come la luce, che può essere incurvata e deviata quando passa attraverso i campi gravitazionali di galassie e altri oggetti di grande massa, anche le onde gravitazionali dovrebbero poter subire effetti analoghi.
