Le onde gravitazionali

Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo prodotte da eventi cosmici catastrofici, tipo buchi neri che si schiantano. Non spostano oggetti nello spazio: stirano e comprimono lo spazio stesso, come se fosse un tappeto elastico.

Le onde gravitazionali sono quelle cose che Einstein aveva previsto con la Relatività Generale nel 1916 e che tutti per un secolo hanno pensato: “Sì, bella idea, ma chi mai riuscirà a misurarle?”. E invece nel 2015 LIGO, un paio di enormi laser negli Stati Uniti, le ha effettivamente osservate, confermando che anche il vecchio Albert spesso ci azzeccava.

Ora, cosa sono? Non pensare alle onde come quelle del mare: non c’è un “oceano” su cui fluttuano. Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo stesso. Immagina di stendere un lenzuolo elastico (il tuo spazio-tempo) e poi farci cadere sopra due palle di bowling che girano una attorno all’altra (due buchi neri o due stelle di neutroni). Queste masse accelerano e producono piccole onde che viaggiano via dal sistema alla velocità della luce.

Il punto è che queste onde non fanno muovere “cose dentro lo spazio”, ma deformano lo spazio stesso. In pratica, se passa un’onda gravitazionale, la distanza tra te e me potrebbe allungarsi e accorciarsi leggermente. Ma non ti illudere: non ce ne accorgeremmo nemmeno. Le variazioni sono dell’ordine di un millesimo del diametro di un protone. Per questo servono interferometri giganteschi come LIGO e VIRGO, capaci di misurare robe ridicolmente piccole.

Come hanno fatto a misurarle?

LIGO e il suo cugino europeo VIRGO sono due interferometri giganti. Immagina una lettera "L" enorme, con due bracci lunghi chilometri, dentro i quali viaggiano raggi laser. Il trucco è che i laser sono messi in fase in modo che, quando si ricombinano, si cancellano a vicenda, creando il buio totale, come se due persone stessero cantando la stessa nota ma sfasata e ti ritrovassi col silenzio.

Adesso entra in scena l’onda gravitazionale: passa attraverso la Terra e deforma leggermente lo spazio. Uno dei bracci si “allunga” di una frazione ridicola, l’altro si “accorcia”. A quel punto i due laser non sono più perfettamente sfasati e… compare un segnale luminoso. È la prova del passaggio di un'onda gravitazionale.

Quanto minuscola è questa variazione? Beh, LIGO deve misurare cambiamenti di lunghezza inferiori a un millesimo del diametro di un protone. Per darti un’idea: è come se cercassi di accorgerti che la distanza tra la Terra e la stella più vicina cambia di meno dello spessore di un capello umano. Sembra impossibile, eppure ci sono riusciti. E non è stato facile, captare un segnale cosmico minuscolo sulla Terra è un incubo. LIGO e VIRGO devono filtrare di tutto: camion che passano a chilometri di distanza, vibrazioni microsismiche, perfino il vento. È come cercare di distinguere un sussurro in una discoteca. Eppure, ce l’hanno fatta: hanno isolato quel piccolo tremolio nello spazio-tempo, tolto il rumore di fondo e lo hanno trasformato in un segnale pulito. Non a caso, nel 2017 il Nobel per la Fisica è andato a Rainer Weiss, Kip Thorne e Barry Barish, i “padri” della rilevazione. Dopo un secolo di scetticismo, Einstein ha avuto la sua rivincita ufficiale. E la comunità scientifica si è aperta a una nuova era: l’astronomia gravitazionale.

Perché ci interessano?

Ok, ma a cosa servono? Le onde gravitazionali non sono solo un “giocattolo” per confermare Einstein: sono un nuovo modo di osservare l’universo. Ci permettono di scoprire eventi che non emettono luce, come due buchi neri che si fondono nel buio totale. È come passare da un cinema muto al Dolby Surround: improvvisamente, l’universo non lo guardi soltanto, lo ascolti. Le onde gravitazionali ci stanno insegnando che l’universo non è muto. Non è solo luce e radiazione, è un tessuto che vibra e parla, se sai ascoltarlo. E per la prima volta nella storia, noi esseri umani abbiamo messo l’orecchio sullo spazio-tempo stesso.

Il futuro: LISA

Il bello deve ancora venire. In orbita attorno al Sole ci saranno tre satelliti collegati da raggi laser, distanti milioni di chilometri l’uno dall’altro: il progetto LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Sarà come costruire un LIGO nello spazio, ma grande milioni di volte di più. Perché nello spazio? Perché qui sulla Terra il “rumore” è troppo forte: terremoti, traffico, maree, perfino un tuono lontano. Là fuori invece regna il silenzio cosmico, e i laser possono viaggiare per milioni di chilometri senza ostacoli. È il posto ideale per “sentire” le onde gravitazionali più lente e deboli, quelle prodotte da oggetti enormi come buchi neri supermassicci che si fondono nei centri delle galassie. Immagina tre sonde che giocano al laser-tag nello spazio profondo, inseguendosi a milioni di chilometri di distanza eppure mantenendo la formazione con una precisione folle, superiore a quella di un orologio atomico. Ogni piccolissimo tremolio dello spazio-tempo farà vibrare la ragnatela di laser e ci regalerà un nuovo segnale. LISA aprirà le orecchie su un universo che finora ci era completamente invisibile. Non solo fusioni di buchi neri, ma anche il “ronzio” di fondo lasciato dal Big Bang stesso. È come accendere una radio su una stazione che nessuno aveva mai sintonizzato prima. Se LIGO è stato il primo sussurro, LISA promette di farci ascoltare la vera sinfonia del cosmo.