Come sono state scoperte le onde gravitazionali?

onda gravitazionale3

Bene, ora sapete tutto sulle onde gravitazionali. Giusto?
No?
Ho capito, la grande abbuffata di spiegazioni che vi hanno bombardato in questi giorni con un fiume di parole non hanno fatto altro che confondervi le idee, non è vero? Buchi neri, doppi buchi neri, teoria della relatività, curvatura dello spazio-tempo.
Tranquilli sintetizzo tutto in poche parole.

L’onda gravitazionale è una “increspatura” dello spazio-tempo (vanno sempre a braccetto). Una deformazione che comprime e allarga lo spazio, come se fosse una tela elastica, causata da una grande massa in movimento. Quindi la propagazione della variazione della forma dello spazio-tempo (increspatura), come una specie di tsunami, prende il nome di onda gravitazionale. Essa si propaga indisturbata nell’universo praticamente senza trovare ostacoli.
Punto. Non c’è altro da aggiungere.

Qual’è il suo effetto – mi domanda il mio cane.
Domanda azzeccata, caro amico – rispondo – Ecco, finalmente qualcuno (e c’è voluto un cane) che centra l’argomento. Questo era l’aspetto centrale della questione su cui si doveva dare maggiore risalto. Ma sta di fatto che tutti, tranne i siti istituzionali, gli esperti di internet ed esperti dell’ultima ora, hanno puntato solo sul fatto sensazionale della notizia.

Devi sapere che le onde gravitazionali che sono originate a centinaia di milioni di anni luce dalla Terra ci arrivano attenuate. L’ampiezza, infatti, di un’onda sferica decresce proporzionalmente all’inverso della distanza dalla sorgente (secondo il termine 1/r). Quindi, anche le onde provenienti da sistemi estremi, come buchi neri binari in corso di fusione, quando raggiungono la Terra hanno un’ampiezza molto piccola.
In pratica questa radiazione sono onde a bassissima frequenza con lunghezze d’onda di dimensioni cosmiche e viaggiano praticamente indisturbate nell’universo a velocità della luce. Tra l’altro interagiscono debolmente con la materia.
Il loro passaggio ha effetti quasi invisibili, si parla di milionesimi delle dimensioni di un atomo.

Spiegati meglio, perché non ho capito bene questo passaggio – mi chiede il mio assistente astrofisico a quattro zampe.

Un oggetto investito da una onda gravitazionale potrebbe subire uno spostamento dell’ordine di 10-18 metri. Tanto per renderti l’idea, due persone poste alla distanza di un metro subirebbero uno spostamento di un milionesimo del diametro di un protone, una delle particelle che formano il nucleo atomico.

Wow – esclama il mio cane – Immagino che è per questa ragione che è difficile rilevarle.
Tu sei proprio un cane intelligente.
E come hanno fatto ad osservarle? Tutti dicono con uno strumento chiamato LIGO. Ma in pratica come ha funzionato? – mi domanda il mio fedele amico.

Attraverso una struttura che utilizza il metodo della interferometria.
Ma ora stai calmo che spiego anche questo. Vado per ordine.

La scoperta annunciata è attribuita effettivamente a LIGO, (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), un osservatorio interferometrico laser costruito negli Stati Uniti nel 1999 proprio per il rilevamento delle le onde gravitazionali.

Dal 2002 al 2010 LIGO non ha rilevato alcuna onda gravitazionale, per questo gli strumenti sono stati “spenti” per 5 anni durante i quali i rivelatori sono stati sostituiti e migliorati per arrivare al rilevamento di spostamenti dell’ordine di 10-21 metri.
E così nasce Advanced LIGO, cioè un osservatorio che sarà fino a dieci volte più sensibile. Il 18 settembre 2015, Advanced Ligo ha iniziato le sue prime osservazioni scientifiche a circa quattro volte la sensibilità iniziale degli interferometri LIGO facendo centro, e la sensibilità sarà ulteriormente rafforzata fino a raggiungere il massimo intorno al 2021.

Tuttavia un solo osservatorio non basta (spiego dopo il motivo) per cui ne è stato costruito un gemello a 3.000 chilometri di distanza. A Livingston, in Louisiana, e a Hanford, nello stato di Washington. Due impianti gemelli ma separati, gestiti come un singolo e grande osservatorio.

Bene, fatta questa doverosa premessa, ora è arrivato il momento di spiegare come è stato possibile rilevare queste onde gravitazionali.

Osservatori a forma di “L”

virgo
L’interferometro LIGO (in figura è quello italiano, VIRGO) è composto da due bracci in cemento lunghi 4 chilometri e presenta una forma a “L” disposti ad angolo retto. L’interno dei due bracci è costituito da tubi di 1,2 metri di diametri sotto vuoto spinto. In essi attraverso specchi ultra precisi vengono fatti rimbalzare dei raggi laser.

interferometroIn testa del dispositivo il fascio di luce laser emesso viene suddiviso da uno specchio nei rispettivi due tubi perfettamente identici. Alle cui estremità altri specchi che riflettono i raggi laser.
Dopo una serie di andirivieni le due onde laser ritornano indisturbate al punto di origine che si annullano a vicenda.

interferometro1 interferometro2 interferometro3

interferometro4 interferometro5 interferometro7

Ma se qualcosa deforma anche di una quantità infinitesima (la centomilionesima parte del diametro di un atomo di idrogeno) lo spazio-tempo rappresentato dai raggi i due raggi non saranno più in fase e la loro interferenza farà accendere una lucetta. Quella lucetta che per anni non si è accesa. Quella lucetta che ora i ricercatori hanno visto accendersi. L’onda rilevata dalle due strutture LIGO era identica.

Un sussurro gravitazionale aveva scosso il delicato fascio laser.

Il segnale è comunque estremamente debole, che per distinguerlo dai segnali di fondo (disturbi dovuti ad altri fenomeni, terrestri e provenienti dallo spazio) era necessario che altre strutture simili a grande distanza rilevassero lo stesso segnale. Questo il motivo dei due rilevatori LIGO e VIRGO installato nella campagna pisana e attualmente in fase di potenziamento.

E’ stata proprio questa collaborazione transoceanica che ha permesso questa scoperta che cambierà il nuovo modo di guardare l’Universo ora che l’era delle onde gravitazionali è ufficialmente iniziato. E la concezione del mondo non potrebbe essere più la stessa.

Dalla espressione sembra che il mio cane abbia capito e quindi ora possiamo andare tranquilli a farci un giretto insieme.

(fonte:MediaInaf)

 

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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12 risposte a Come sono state scoperte le onde gravitazionali?

  1. Rebecca Antolini ha detto:

    Ciao Silvano, mi piaciono sempre questi post quando parli con il tuo Bleffa sapiente.. ho letto il tuo posta ad alta voce … Tatanka muoveva la testa da sinistra a destra… secondo mel lei ha capito tutto… solo la casalinga non ha capito un bel niente😀 ..

    dimmi una curiosita a cosa servano le onde gravitazionali?? …buona notte😉

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    • bruce ha detto:

      A niente🙂
      Servono solo come motivo per far divertire gli scienziati. Loro sono un po’ dei bambinoni cresciutelli. E queste strutture il loro giochino. Anche costose a dire il vero🙂
      Buona notte cara.

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      • Rebecca Antolini ha detto:

        ho capito😉

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        • bruce ha detto:

          Ciao Rebecca, ora che ho fatto colazione, quindi ho riempito la mente di zuccheri, quelli che fanno ragionare bene, posso rispondere.🙂

          In questi giorni ho letto di tutto. Dall’eccitamento dei fisici al compiacimento di tutti gli appassionati di scienza e non solo.
          Ma ho anche letto chi (articolo di Antonio Socci), forse con pochi zuccheri nel cervello in quel momento, si rallegra poco della scoperta. Con lui tutti coloro che non vedono nulla di eccezionale in questa scoperta tranne che la prova della esistenza di Dio.

          E no! Nessuno vuole provare niente. Questa è semplicemente la constatazione della capacità dell’uomo di studiare l’universo con formule “umane” e attraverso di esse formulare come “funziona l’universo”.
          Le onde gravitazionali non vogliono dimostrare l’esistenza di una qualche intelligenza superiore, ma hanno dimostrato che l’uomo non si è sbagliato. Che certi avvenimenti “esistono” per davvero e sono previsti. L’astrofisica è una costruzione della mente umana. Eppure è stato possibile che un’equazione astratta costruita dalla nostra intelligenza si è trovata poi esattamente riprodotta nelle leggi fisiche vigenti nelle più remote regioni dell’universo.

          Ora non so a cosa di pratico servono le onde gravitazionali. Certamente non a preparare un risotto o la carbonara. Ma so che da quando esiste l’uomo, ha rivolto lo sguardo verso il cielo chiedersi cosa sono quelle stelle, di tutto quello spazio. E piano piano sono venute le risposte. Non erano parte di un dipinto messo lì da qualcuno a tappezzeria delle nostre notti.
          Sicuramente servono a capire come è fatto l’universo, la nostra casa. E’ cosa di poco conto?
          Ciao cara e buona giornata.

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          • Rebecca Antolini ha detto:

            La domanda mio caro Silvano ti ho fatto non per istigarti, ma per curiosità.. io avevo in chimica e fisica nel ultimo anno a scuola ( da noi in Germania e Austria i voti sono diversi in Austria va da 1 fino a 5, 1 e il massimo e 5 vuol dire che sei un fallito.. in Germani va da 1 – 6 il 6 in Germania il peggiore voto in assoluto, io sono andato in Germania a scuola e avevo nel ultimo anno

            Religione 1
            Tedesco 2
            Grammatica tedesca 2
            Geografia 3
            Scienze sociale 2
            Scienza politica 2
            Inglese 3
            Matematica 2
            Fisica 2
            Chimica 2
            Biologia 1
            Musica – 4 (non mi piaceva
            Arte 1
            Lavori manuali (legno metallo ecc) 3
            Lavori manuali (uncinetto, maglia, ricamo ecc) 1
            Economia domestica 1
            Sport 3

            Categorie elettive

            Fisica 2
            Biologia 1
            Arte 1

            Poi ho partecipato liberamente Biologia
            Lavori manuali (uncinetto, maglia, ricamo ecc)
            Scienze sociale

            Qualificato Diploma della scuola media livello avanzato dal 10.07. 1980

            Ho imparato due professioni ciascuna dura 3 anni Sarta e Parrucchiera.. il mio sogno era sempre di diventare arredatrice per case di mobili, ma in questi anni non ho trovato nessun posto di apprendistato .. cosi ho imparto Sarta e Parrucchiera altrimenti non potevo prolungare il mio permesso di soggiorno in Germania..

            Sarebbe stato anche bello di studiare la professione di Architetto, ma mia madre non voleva finanziarmi liceo .. pazienza ..

            Allora cosi poi farti un po’ una idea su di me scientificamente😀

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          • Rebecca Antolini ha detto:

            ho dimenticato Storia

            Storia 1

            amavo molto la storia .. sopratutto quella prima della seconda guerra mondeale…

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  2. bruce ha detto:

    Ciao Rebecca, Wow. Ma allora perchè dici che la casalinga di Verona non capisce i miei articoli. Dimmi la verità. fai la modesta, ed invece sotto sotto. Vedo che non andavi bene nel canto, ma tanto che importa, se canti in casa … non ti ascolta nessuno.

    Avevo capito benissimo cosa tu volevi dirmi e così ho approfittato per esprimere un mio pensiero dopo aver letto l’articolo del giornalista di cui soprra. Io ho 1 su tutto🙂 Ho anche il dono di capire la gente. Pensa che capisco anche il mio cane con il solo sguardo.🙂
    Ciao cara.

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    • Rebecca Antolini ha detto:

      … infatti a cosa serve essere brava nel canto😀 … insomma so cantare, ma non ero brava con le note (note musicale) non ho mai capito come si deve leggerli .. lasciamo perdere .. ti ricordi ho fatto due o tre anni fa un video dove canto assieme con Semiro Rossi per Gianni sei l’universo per me?? non e mica male😀

      … non faccio la modesta sono passati quasi 36 anni da quando sono fuori dalla scuola, alcune cose senbra dimenticati, ma poi improvisamente ricordi quasi perduti..

      Mi immaginavo che hai un 1 daper tutto … ma un uno alla tedesca o un uno alla italiana??? , hahahahah😀

      Non posso dire che ho il dono di capire la gente, ma la prima sensazione che sento quando conosco una persona mi ha mai tradita.. Anche io capisco la mia Tatanka attraverso le sue espressioni..

      tu sai interpretare questi foto qui https://rebeccaantolini2.wordpress.com/2016/02/12/solo-tu-tatanka/ … sarei cuorisa

      abbi una buona giornata, ma sai e bello essere la casalinga di Verona, e vedere oltre il bordo della pentola sul forno😉

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      • bruce ha detto:

        Sinceramente non ricordo di quel video dove cantavi, dovevo essere occupato quel giorno. Una cosa è certa se lo trovo e mi piace lo metto assieme alle canzoni di Aretha Franklin🙂
        Ai miei tempi il giudizio era da 1 a 10. Dieci era il massimo, ma credo che nessuno l’abbia mai avuto. Io ero un tipo normale ma accellevo sulle materie scientifiche (fisica, matematica, chimica ovviamente). Ma la mia metamorfosi è stata l’università (Roma) che l’ho presa sul serio.

        Tatanka è una gran furbetta in alcune foto è compiaciuta ma in altre sembra dire: e basta con queste foto, mi hai proprio rotto … la coda.🙂
        Ciao cara e buona giornara, vado a fare il nonno sitter.

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        • Rebecca Antolini ha detto:

          che dellusione … non ti ricordi😦
          ti faccio tornare la memoria😀

          ahahahah bella la descrizione della foto mi hai fatto venire le lacrime a ridere…

          … mi sembra a scuola eri bravo (per dire) comunque non hai rotto la coda al maestro😛 ..

          … credo il nonno sitter di dona bene.. finchè Ricardo non ci dice xcosa succede in queste ore… sa già cosa pensa Bleff…

          eheheheh scherzo😉

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