Antenne gravitazionali, un nuovo modo di fare astronomia

Antenne gravitazionali, un nuovo modo di fare astronomia (4.00/5) su 1 voti
antenna auriga
L’antenna gravitazionale Auriga ai Laboratori Nazionali di Legnaro
La relatività generale di Einstein prevede a livello teorico l’esistenza delle cosidette “onde gravitazionali”. Per semplificare il concetto di onda gravitazionale, potete immaginare un telo in tensione, sul quale appoggiate poi in posizioni diverse biglie di diverse dimensioni. Ogni biglia ha un peso diverso quindi fa sprofondare in modo diverso il telo. Queste depressioni che si formano sono le stesse che la terra ed ogni oggetto con un peso inducono nello spazio-tempo. Se fate scorrere velocemente la biglia sul telo, questa innescherà delle onde: le stesse onde teoricamente si formano anche nello spazio-tempo e vengono appunto chiamate onde gravitazionali. Rilevarle però è alquanto difficile, in quanto attraversano la materia senza interagire con essa. Però un modo esiste: quando le onde gravitazionali attraversano la materia, tendono a “deformarla” come se passassimo su un testo una lente di ingrandimento.

 

onde gravitazionaliRappresentazione delle onde gravitazionali emesse da un corpo supermassivo

L’antenna gravitazionale Auriga, presente ai Laboratori Nazionali di Legnaro (facendi parte del INFN) riesce a rilevare queste onde. E’ costituita da un enorme cilindro di alluminio del peso di 2 tonnellate: si tratta di un alluminio speciale il quale risponde molto bene alle sollecitazioni. Quando la barra viene sollecitata essa inizia a vibrare per lungo tempo. Il problema è che le onde gravitazionali inducono vibrazioni talmente infinitesimali che la sola vibrazione degli atomi a temperatura ambiente disturba la lettura. Ecco perché il cilindro di alluminio viene portato a temperature bassissime, fino ai 4°K. A tali temperature gli atomi sono quasi immobili, essendo assente la vibrazione termica. Tuttavia questo non basta in quanto sono frequenti micro scosse di terremoto e comunque la crosta terrestre è sempre sollecitata da infinitesimali vibrazioni: inoltre basterebbe un semplice passo di una persona a decine di metri di distanza per disturbare la lettura. Così, come è visibile nella foto iniziale, il cilindro di alluminio è inserito dentro alcuni cilindri con un concetto a matrioska, ed ogni parte è sospesa all’altra tramite un sottile cavo nel baricentro. Il tutto poi viene fissato ad un sistema di speciali ammortizzatori, che smorzano le scosse sismiche e le interferenze esterne. Tuttavia nel laboratorio sono presenti sismografi, ed altre strumentazioni: quando l’antenna rileva qualcosa che viene letto anche dal sismografo, l’informazione viene direttamente scartata. Se l’antenna rileva qualcosa, come fanno i ricercatori a saperne con sicurezza la corretta lettura e magari la provenienza? Sono presenti nel mondo diverse antenne simili, collegate in rete con la Auriga e sincronizzate con precisi orologi. Una lettura quindi può essere confermata dalle altre antenne ed inoltre grazie alla triangolazione del segnale è possibile calcolarne la provenienza.

Ma le onde gravitazionali da dove provengono? Tra le cause principali troviamo la rotazione di oggetti super massicci in configurazione binaria (pulsar, stelle ai neutroni…), ma anche l’esplosione di supernovae oppure il massiccio assorbimento di materia da un buco nero.

Bene, ma a questo punto a che ci serve rilevare le onde gravitazionali? Prima di tutto è un nuovo modo di fare astronomia: permette di vedere ciò che i telescopi non vedono. Molti oggetti lontani sono coperti na nubi di gas interstellare quindi la loro luce non arriva sino a noi. Eppure le onde gravitazionali attraversano indisturbate la materia quindi queste possiamo rilevarle nonostante otticamente sia impossibile vedere l’oggetto che le emette. Inoltre rilevare le onde gravitazionali che per ora vengono considerate teoriche, potrebbe dare nuove conferme alla teoria di Einstein ed aprire quindi una nuova fase degli studi che riguardano corpi super massivi.

Quindi fino ad oggi quante onde gravitazionali sono state rilevate? Fino ad ora nessuna, in quanto gli astrofisici inizialmente prevedevano che questi fenomeni fossero estremamente frequenti, ma nonostante la sensibilità di queste antenne nessun fenomeno simile è stato fino ad ora rilevato. Inoltre con le conoscenze attuali, le nuove stime degli astrofisici sono di pochi rilevamenti l’anno, ma solamente aumentando ulteriormente la precisione delle antenne. Per fare ciò quindi si sta pensando ad altri metodi di misurazione come per esempio l’interferometro. Un esempio di antenna gravitazionale interferometrica è situata a Pisa e si chiama Virgo: si tratta di due specchi la cui distanza è misurata con precisione da un laser che rimbalza tra le due pareti riflettenti. Si è addirittura pensato di mandare nello spazio due satelliti, entrambi con uno specchio a bordo e distanti tra di loro migliaia di chilometri: questo conferirebbe una pulizia del segnale eccezionale ed una sensibilità elevatissima. Tuttavia per ora il progetto europeo è stato annullato per mancanza di fondi.

Ringrazio l’Associazione Astrofili Centesi per aver organizzato la visita ai Laboratori Nazionali di Legnaro ed i ricercatori all’interno della struttura per la loro disponibilità nell’accompagnarci durante la visita arricchendo il tutto con accurate spiegazioni e risposte alle nostre domande.

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