BUCHI NERI...
EINSTEIN L’AVEVA PREVISTO…
E ORA NUOVE SFIDE…
Fabrizio Boffelli
Dopo ben 103 anni, la Teoria della relatività
generale di Albert Einstein è stata di nuovo
confermata. Ci sono voluti anni ma finalmente
abbiamo sotto gli occhi la prova lampante,
una foto di un buco nero.
L'immagine è quella del buco nero M 87, al centro della galassia Virgo A (o M87), distante circa 55 milioni di anni luce. Al risultato del progetto internazionale Event Horizon Telescope (Eht), finanziato dalla Commissione Europea, l'Italia ha partecipato con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).
La teoria della relatività generale, elaborata da Albert Einstein e pubblicata nel 1916, è l'attuale teoria fisica della gravitazione.
Essa descrive l'interazione gravitazionale non più come azione a distanza fra corpi massivi, come nella teoria newtoniana, ma come effetto di una legge fisica che lega la geometria (più specificamente la curvatura) dello spazio- tempo con la distribuzione e il flusso in esso di massa, energia e impulso.
L’Event Horizon Telescope (Eht) è un gruppo di otto radiotelescopi da terra che opera su scala planetaria, nato grazie a una collaborazione internazionale e progettato con lo scopo di catturare le immagini di un buco nero.
Il direttore del progetto Eht Sheperd Doeleman del Center for Astrophysics della Harvard University dice: «Quello che stiamo facendo è dare all’umanità la possibilità di vedere per la prima volta un buco nero – una sorta di ‘uscita a senso unico’ dal nostro universo», «Questa è una pietra miliare nell’astronomia, un’impresa scientifica senza precedenti compiuta da un team di oltre 200 ricercatori».
I buchi neri sono oggetti estremamente compatti, nei quali una quantità incredibile di massa è compressa all’interno di una piccola regione. La presenza di questi oggetti influenza l’ambiente che li circonda in modo estremo, distorcendo lo spazio- tempo e surriscaldando qualsiasi materiale intorno.
Le osservazioni dell’Eht sono state possibili grazie alla tecnica nota come Very-Long-Baseline Interferometry (VLBI) che sincronizza le strutture dei telescopi in tutto il mondo e sfrutta la rotazione del nostro pianeta per andare a creare un enorme telescopio di dimensioni pari a quelle della Terra in grado di osservare ad una lunghezza d’onda di 1,3 mm.
Questa tecnica permette di raggiungere un livello di dettaglio tale da permetterci di leggere una pagina di giornale a New York comodamente da un caffè sul marciapiede di Parigi.
La foto del secolo, la prima in assoluto mai scattata a un buco nero è ancora più affascinante perché rappresenta un passo in avanti importante nella comprensione dei segreti del cosmo e una nuova sfida alla teoria della relatività di Albert Einstein.
Queste osservazioni forniscono una prova diretta della presenza di buchi neri supermassicci nei centri di galassie e del meccanismo centrale dei nuclei galattici attivi.
Le nuove osservazioni "costituiscono un nuovo strumento di indagine per esplorare la gravità nel suo limite estremo e su una scala di massa che finora non è stata accessibile".
“un bellissimo esempio di collaborazione e cooperazione internazionale”
LENTE GRAVITAZIONALE
E’ una distribuzione di materia, come una galassia o un buco nero, in grado di curvare la traiettoria della luce in transito in modo analogo a una lente ottica. Le lenti gravitazionali sono previste dalla teoria della relatività generale, secondo la quale la traiettoria della radiazione elettromagnetica, come la luce, è determinata dalla curvatura dello spazio- tempo prodotta dai corpi celesti. Le prime evidenze sperimentali di tale effetto furono raccolte nel 1919 (Eddington) osservando, durante un'eclissi totale di Sole, la deflessione dei raggi luminosi delle stelle prodotta dal Sole.
ONDE GRAVITAZIONALI
L'onda gravitazionale è una
perturbazione dello spaziotempo che si propaga con carattere ondulatorio.
Fu prevista nel 1915 nell'ambito della teoria della relatività generale.
Esistono diversi rivelatori di onde gravitazionali, ma in pochi casi è stato possibile interpretare i dati sperimentali in modo chiaro e
univoco.
L'evento più significativo è stato annunciato l'11 febbraio 2016 dalla collaborazione LIGO/VIRGO, che nel settembre 2015 ha misurato
onde gravitazionali causate dalla collisione di due buchi neri.
Si conoscono molte possibili sorgenti di onde
gravitazionali, tra le quali sistemi binari di stelle, pulsar, esplosioni di supernove, buchi neri in vibrazione e
galassie in formazione. Per ognuna di queste fonti il tipo di segnale emesso dovrebbe possedere una “firma”
caratteristica che identifichi univocamente il tipo di fonte e la causa dell'emissione, ma per molti anni non è stato possibile costruire rivelatori sufficientemente sensibili.
L'11 febbraio 2016 è stata confermata l'esistenza delle onde
gravitazionali, grazie allo studio sulla fusione di due buchi neri distanti circa 1 miliardo e 300 milioni di anni luce.
Le onde gravitazionali rivelate sono state prodotte nell'ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 masse solari: le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all'energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali.
VIRGO
Virgo è un gigantesco interferometro laser ideato per rivelare le onde
gravitazionali. Progettato e costruito da una collaborazione fra il Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese e dall’Istituto Nazionale di Fisica
Nucleare (INFN) italiano. Virgo si trova presso Cascina, una cittadina vicino a Pisa, sul sito dell’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO).
Frutto di una collaborazione internazionale composta da scienziati francesi, italiani, olandesi, polacchi e ungheresi.
Esse attraversano lo spazio-tempo deformandolo e producendo dei mini “spaziotempo-moti”. In questo spazio-tempo distorto anche i
corpi materiali vengono deformati e le distanze si allungano e si accorciano alternativamente. Effetto veramente piccolo: se un’onda gravitazionale attraversa Virgo, si stima che la lunghezza
dei suoi bracci di 3 km vari soltanto di un miliardesimo di miliardesimo di metro, meno di un millesimo del raggio di un protone. Un effetto veramente piccolo che testimonia un violento
evento astrofisico avvenuto a migliaia di anni-luce da noi!
Perchè è cosi difcile caturare le onde gravitazionali?
Tutti gli scenari che saranno studiati mediante onde gravitazionali sono così violenti che sono impossibili da riprodurre in laboratorio.
Con la prima rivelazione diretta delle onde gravitazionali nel settembre 2015 e con la prima
“immagine” di un buco nero è stata aperta una nuova finestra sull’Universo, che ci permetterà di sondare
gli estremi fenomeni generati dalla gravità.
E’ un momento d'oro… ASTRONOMIA GRAVITAZIONALE!
