Il Tirreno

PISA. In un articolo del 1916 Albert Einstein scrisse che nessuno riuscirà mai a captare le onde gravitazionali, perché sono estremamente deboli. All’interferometro Virgo di Cascina contano di smentirlo proprio per il centenario, cioè tra un paio d’anni. Sarebbe la prima volta che questo tipo di onde è osservato direttamente, mentre nell’esperimento Bicep2 – presentato in conferenza stampa mondiale lunedì dagli astrofisici di Harvard – è stata ottenuta “solo” una prova indiretta della loro esistenza, teorizzata il secolo scorso proprio dal celebre fisico. Virgo, quindi, è la “naturale” prosecuzione della ricerca divulgata a Boston; per quella è stata usata un’immagine suggestiva: sono stati ascoltati i primi vagiti dell’universo. A trovare la similitudine più appropriata per quello che succederà a Virgo è uno dei suoi fondatori, Carlo Bradaschia: «È come se finora avessimo visto l’universo in tv con il volume spento. Le onde gravitazionali ci permetteranno di alzare l’audio».

Cosa sono. Previste dalla teoria della Relatività Generale (1916) le onde gravitazionali sono increspature nello spazio-tempo provocate dal moto di grandi masse o da fenomeni particolarmente violenti ed energetici, come esplosioni di supernovae e scontri di buchi neri. In pratica, finora abbiamo osservato lo spazio con la luce visibile, gli infrarossi, le microonde e i raggi X: sono tutte onde elettromagnetiche che hanno un’origine legata alla carica elettrica. Mentre le gravitazionali sono onde legate alla massa, anche se si propagano alla velocità della luce: il loro effetto non è un’immagine visibile, ma uno spostamento di materia. Ancora Bradaschia: «Quando passano, schiacciano e dilatano in due direzioni perpendicolari lo spazio attraversato, come un enorme blocco di gelatina».

Perché “suonano”. La frequenza delle onde gravitazionali va da 1 Hertz (cicli al secondo) fino a 10 KHz (10mila), simile a quella udibile dall’orecchio umano. Pertanto se amplifichiamo questo segnale da un altoparlante possiamo sentire una sorta di musica, che è il suono della materia. Ciò potrebbe permettere di studiare la cosiddetta materia oscura, che forma i quattro quinti della massa dell’universo e non è visibile: se ne intuisce l’effetto solo grazie al comportamento dei corpi celesti. La prima volta che si è avuta la prova indiretta delle onde gravitazionali è stata nel 1974, quando Russell Hulse e Joseph Taylor, studiando sistemi di stelle binarie, si accorsero che queste perdevano energia proprio in misura pari a quanta ne sarebbe stata emessa da tali onde in caso di esistenza.

I vagiti. La seconda prova indiretta è di ieri l’altro, appunto. Il fenomeno violento che avrebbe causato l’emissione di onde è nientemeno che il Big Bang, la grande esplosione che è all’origine della fisica. Ebbene, all’interno della radiazione elettromagnetica di fondo – una sorta di eco del Big Bang che da 14 miliardi di anni continua a risuonare in ogni direzione dell’universo – gli scienziati hanno individuato una polarizzazione (orientamento dell’oscillazione) che è proprio quella che la radiazione avrebbe dovuto avere se una frazione di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang fossero state emesse le onde gravitazionali.

Il ruolo di Virgo. Non ci bastano più le prove indirette. E per questo c’è Virgo e altri due rivelatori simili negli Usa: in Louisiana e nello stato di Washington. Virgo è l’interferometro gravitazionale più grande e più sensibile d’Europa e consiste in due bracci (tubi) di tre chilometri ciascuno, posati nella campagna pisana: uno punta a Nord e l’altro a Ovest. Sono perfettamente perpendicolari, isolati da terremoti grazie a giganteschi ammortizzatori alti 11 metri e sviluppano un ambiente di cosiddetto ultravuoto: così l’interferometro Virgo è più silenzioso di un veicolo spaziale in orbita intorno alla Terra. Se un raggio laser è sparato dal vertice dei due bracci, si propaga in entrambi e quando giunge in fondo è rispedito indietro da specchi di riflettività altissima. In assenza del minimo disturbo i due raggi tornano indietro nello stesso istante. Ma se in quel momento passa un’onda gravitazionale, uno dei due bracci sarà più lungo o più corto di frazioni infinitesime di millimetro. Virgo permette di rilevare il ritardo di uno dei due laser, provando pertanto che l’onda ha attraversato la zona di Cascina.

Confronto a tre. Le orecchie umane distinguono la provenienza di un suono perché se un treno arriva da sinistra il suo rumore arriva prima a quell’orecchio che al destro. Il confronto della misura rilevata da Virgo con quelle prese dagli altri due interferometri consentirà di capire da quale angolo dell’universo arriva l’onda gravitazionale. Altro vantaggio di rilevatori distanti è che se un evento esterno (fulmine o aereo) costituisce un disturbo, confrontando cosa è successo dall’altra parte dell’oceano è possibile eliminarlo. Non è un caso che nel 2013, «dopo alcuni anni con “run” di presa dati di interesse scientifico – racconta Bradaschia – sia noi che i partner in Usa del progetto Ligo abbiamo interrotto le misurazioni per migliorare la sensibilità». L’affinamento continuo e il sincronismo permetteranno di essere pronti «per la fine del 2015: avremo 3 interferometri con la stessa sensibilità e 10 volte superiore all’odierna; se riusciremo, inizierà l’astronomia gravitazionale».

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