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Onde gravitazionali

Che cosa sono le onde gravitazionali?

Con la pubblicazione della teoria della relatività generale del 1915, Einstein capì che le distribuzioni delle masse nello spazio tempo ne determinano intrinsecamente la geometria.

Secondo la teoria di Einstein lo spazio è piatto ma se si introduce materia o energia, ad esempio il Sole o un pianeta, esso si deforma incurvandosi.

Se la Luna ad esempio gira intorno alla Terra è perché essa si muove lungo le pareti di uno spazio tempo curvato.

Tutto ciò può essere sintetizzato con questa affermazione: lo spazio tempo dice alla materia come muoversi mentre la materia dice allo spazio tempo come curvarsi.

Onde gravitazionali

Onde gravitazionali.

Riprendendo l’equazione di campo di Einstein con cui viene descritta questa interazione tra massa/energia e spazio tempo:

curvatura dello spazio

in cui la curvatura Gμν di un punto dello spazio tempo risulta direttamente proporzionale al tensore Tμν di energia possiamo immaginare il tensore Tμν come la causa (cioè la presenza di massa /energia) che produce l’effetto Gμν (cioè la deflessione dello spazio).

Per cui riscrivendo l’equazione come

Tμv = Gμv ∙ c4 / 8 ∙ π ∙ G

la costante che lega l’effetto alla causa cioè il

c4 / 8 ∙ π ∙ G

risulta dell’ordine di 1045 Kg/s2.

Questo vuol dire che lo spazio tempo è molto rigido e non è semplice vederlo curvarsi ma bisogna avere delle masse molto grandi per poter deformare effettivamente lo spazio tempo, masse come quella del Sole ad esempio.

Quando osserviamo il cielo in una notte serena tutto ci sembra statico e silenzioso sappiamo invece che l’universo è caratterizzato da fenomeni anche violenti quali scontri tra grossi corpi celesti come stelle massicce o anche buchi neri.

Einstein aveva previsto che tali fenomeni avrebbero dovuto provocare delle vibrazioni che si sarebbero dovute propagare in tutto lo spazio tempo alla velocità della luce.

Tali vibrazioni dello spazio prendono il nome di onde gravitazionali e a seconda della sorgente che le genera tali onde possono assumere forme diverse.

Le onde gravitazionali potrebbero essere paragonate alle onde sonore che si propagano attraverso l’aria ed arrivano ai nostri timpani, solo che le onde gravitazionali si propagano attraverso lo spazio tempo anche nel vuoto.

Il 14 settembre 2015 sono state rilevate per la prima volta delle onde gravitazionali dovute alla fusione di due buchi neri di masse pari a 29 e 36 masse solari e dell’ordine dei 200 km di diametro.

Tale scontro avvenuto ben un miliardo e mezzo di anni prima ed in una remota regione dell’universo, ha permesso così di confermare la geniale intuizione di Einstein sull’esistenza delle onde gravitazionali.

Tuttavia si è arrivati solo dopo 100 anni dalla pubblicazione della teoria della Relatività generale e dall’ipotesi dell’esistenze di tali onde gravitazionali a poterne effettivamente verificare l’esistenza.

Questo perché le vibrazioni gravitazionali sono davvero impercettibili in quanto lo spazio tempo è molto rigido e l’effetto che si vuol misurare dunque risulta molto piccolo. 

Solo una sofisticata strumentazione ottica moderna, che si comporta dunque come rilevatore di onde gravitazionali, è stata capace di poterle misurare.

Nel caso dello scontro dei due buchi neri rilevato nel 2015, si pensi che lo spostamento di due punti posti a un metro di distanza sulla Terra a causa dell’interazione con l’onda gravitazionale proveniente dalla fusione dei due buchi neri è stato dell’ordine di 10-18 m, cioè un miliardesimo di miliardesimo di metro!

Impiego delle onde gravitazionali

Le onde gravitazionali permettono lo studio dei corpi celesti massivi ancora misteriosi come buchi neri, supernovae o stelle di neutroni attraverso lo studio delle vibrazioni che si propagano nello spazio tempo arrivando da epoche remote e spazi lontanissimi dalla Terra.

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