BUCHI NERI... EINSTEIN L’AVEVA PREVISTO… E ORA NUOVE SFIDE…

(1)

BUCHI NERI...

EINSTEIN L’AVEVA PREVISTO…

E ORA NUOVE SFIDE…

Fabrizio Boﬀelli

(2)

Dopo ben 103 anni, la Teoria della relaDvità

generale di Albert Einstein è stata di nuovo

**confermata. Ci sono volu* anni ma ﬁnalmente**

abbiamo so1o gli occhi la prova lampante, una

foto di un buco nero.

(3)

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 proge1o internazionale Event Horizon Telescope (Eht), ﬁnanziato dalla Commissione Europea, l'Italia ha partecipato con l’Is*tuto Nazionale di Astroﬁsica (Inaf) e l’Is*tuto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).

(4)

La teoria della relaDvità generale, elaborata da Albert Einstein e pubblicata nel 1916, è l'a1uale teoria ﬁsica della gravitazione.

Essa descrive l'interazione gravitazionale non più come azione a distanza fra corpi massivi, come nella teoria newtoniana, ma come effe1o 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.

(5)

L’Event Horizon Telescope (Eht) è un gruppo di o1o radiotelescopi da terra che opera su scala planetaria, nato grazie a una collaborazione internazionale e proge1ato con lo scopo di ca1urare le immagini di un buco nero.

Il dire1ore del proge1o Eht Sheperd Doeleman del Center for Astrophysics della Harvard University dice: «Quello che s*amo 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 scien*ﬁca senza preceden* compiuta da un team di oltre 200 ricercatori».

(6)

I buchi neri sono ogged estremamente compad, nei quali una quan*tà incredibile di massa è compressa all’interno di una piccola regione. La presenza di ques* ogged inﬂuenza l’ambiente che li circonda in modo estremo, distorcendo lo spazio-‐

tempo e surriscaldando qualsiasi materiale intorno.

(7)

Le osservazioni dell’Eht sono state possibili grazie alla tecnica nota come Very-‐Long-‐Baseline Interferometry (VLBI) che sincronizza le stru1ure dei telescopi in tu1o il mondo e sfru1a 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 perme1e di raggiungere un livello di de1aglio tale da perme1erci di leggere una pagina di giornale a New York comodamente da un caﬀè sul marciapiede di Parigi.

(8)

La foto del secolo, la prima in assoluto mai sca8ata a un buco nero è ancora più aﬀascinante perché rappresenta un passo in avan> importante nella comprensione dei segre> del cosmo e una nuova sﬁda alla teoria della rela>vità di Albert Einstein.

(9)

Queste osservazioni forniscono una prova dire1a della presenza di buchi neri supermassicci nei centri di galassie e del meccanismo centrale dei nuclei galadci advi.

Le nuove osservazioni "cos*tuiscono 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”

(10)

LENTE GRAVITAZIONALE

E’ una distribuzione di materia, come una galassia o un buco nero, in grado di curvare la traie1oria della luce in transito in modo analogo a una lente odca. Le len* gravitazionali sono previste dalla teoria della rela*vità generale, secondo la quale la traie1oria della radiazione ele1romagne*ca, come la luce, è determinata dalla curvatura dello spazio-‐

tempo prodo1a dai corpi celes*. Le prime evidenze sperimentali di tale eﬀe1o furono raccolte nel 1919 (Eddington) osservando, durante un'eclissi totale di Sole, la deﬂessione dei raggi luminosi delle stelle prodo1a dal Sole.

(11)

ONDE GRAVITAZIONALI

L'onda gravitazionale è una

perturbazione dello spaziotempo che si propaga con cara1ere ondulatorio.

Fu prevista nel 1915 nell'ambito della teoria della rela*vità generale.

Esistono diversi rivelatori di onde gravitazionali, ma in pochi casi è stato possibile interpretare i da* sperimentali in modo chiaro e

univoco.

L'evento più signiﬁca*vo è stato annunciato l'11 febbraio 2016 dalla collaborazione LIGO/VIRGO, che nel se1embre 2015 ha misurato

onde gravitazionali causate dalla collisione di due buchi neri.

(12)

Si conoscono molte possibili sorgen* 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 fon* il *po di segnale emesso dovrebbe possedere una “ﬁrma”

cara1eris*ca che iden*ﬁchi univocamente il *po di fonte e la causa dell'emissione, ma per mol* 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 distan>

circa 1 miliardo e 300 milioni di anni luce.

(13)

Le onde gravitazionali rivelate sono state prodo1e nell'ul*ma 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 mancan* al totale della somma equivalgono all'energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, so1o forma di onde gravitazionali.

(14)

VIRGO

Virgo è un gigantesco interferometro laser ideato per rivelare le onde

gravitazionali. Proge1ato e costruito da una collaborazione fra il Centre Na*onal de la Recherche Scien*ﬁque (CNRS) francese e dall’Is*tuto Nazionale di Fisica

Nucleare (INFN) italiano. Virgo si trova presso Cascina, una ci1adina vicino a Pisa, sul sito dell’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO).

Fru1o di una collaborazione internazionale composta da scienzia* francesi, italiani, olandesi, polacchi e ungheresi.

(15)

(16)

Esse a1raversano lo spazio-‐tempo deformandolo e producendo dei mini “spaziotempo-‐mo*”. In questo spazio-‐tempo distorto anche i

corpi materiali vengono deforma* e le distanze si allungano e si accorciano alterna*vamente. Eﬀe1o veramente piccolo: se un’onda gravitazionale a1raversa Virgo, si s*ma 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 eﬀe1o veramente piccolo che tes*monia un violento

evento astroﬁsico avvenuto a migliaia di anni-‐luce da noi!

(17)

Tud gli scenari che saranno studia* mediante onde gravitazionali sono così violen* che sono impossibili da riprodurre in laboratorio.

Con la prima rivelazione dire1a delle onde gravitazionali nel se1embre 2015 e con la prima

“immagine” di un buco nero è stata aperta una nuova ﬁnestra sull’Universo, che ci perme1erà di sondare

gli estremi fenomeni genera* dalla gravità.

E’ un momento d'oro… ASTRONOMIA GRAVITAZIONALE!

(18)