Cosa sono le onde gravitazionali?

Per capire cosa sono le onde gravitazionali dobbiamo viaggiare indietro nel tempo, fino all’anno 1916. Questo è l’anno in cui il famoso fisico Albert Einstein pubblicò la sua teoria generale della relatività.

Einstein aveva capito come spiegare la gravità all’interno dell’Universo usando la matematica. La gravità è la forza che ci tiene sulla Terra e che tiene la Terra in orbita attorno al Sole. Fino al 1916 c’erano state molte teorie per cercare di spiegare cosa fosse la gravità e perché esistesse. Ma Einstein suggerì che la gravità fosse la flessione di qualcosa chiamato spazio-tempo.

Puoi pensare allo spazio-tempo come al tessuto dell’Universo. È ciò che costituisce lo spazio in cui viviamo. Senza di esso non avremmo un Universo.

Un trampolino spazio-temporale

Lo spazio-tempo curvo è responsabile degli effetti della gravità. Un trampolino è un ottimo modo per immaginarlo su una superficie piana.

Immagina di posizionare una pesante palla da bowling al centro di un trampolino: la sua massa piega il tessuto e crea un avvallamento. Ora, se provassimo a far rotolare una biglia sul trampolino, rotolerebbe verso l’interno e attorno alla palla da bowling.

Questa è la gravità: la distorsione del tessuto spazio-temporale, che influenza il modo in cui le cose si muovono.

Questo è ciò che le famose equazioni di Einstein hanno contribuito a spiegare: come possiamo aspettarci che lo spazio-tempo si muova in condizioni diverse. Sappiamo che nell’Universo nulla si ferma. Tutto è sempre in movimento e quando gli oggetti accelerano nello spazio-tempo, possono creare piccole increspature, proprio come un sasso gettato in uno stagno.

Queste increspature sono ciò che chiamiamo onde gravitazionali. Il nostro Universo è probabilmente pieno di queste minuscole onde, come un oceano con onde che si muovono in tutte le direzioni.

Ma a differenza dell’oceano, le onde gravitazionali sono incredibilmente piccole e non scuoteranno la Terra. Quando fu predetto per la prima volta da Einstein, lui stesso dubitava che saremmo mai stati in grado di rilevarli a causa di quanto minuscoli dovessero essere.

Sarebbe bello sapere cosa ne penserebbe oggi. Non solo abbiamo rilevato onde gravitazionali, ma abbiamo rilevato 90 eventi unici! Questo è uno dei più grandi risultati della fisica e il modo in cui l’hanno fatto è stato a dir poco sorprendente.

Stringere e allungare

Quando un’onda gravitazionale attraversa la Terra, schiaccia o allunga l’intero pianeta nella direzione in cui viaggia. Se provassimo a misurarlo con qualcosa come un righello, il righello sembrerebbe avere la stessa lunghezza perché anche i numeri sul righello sarebbero allungati o schiacciati e non cambierebbero.

Ma gli scienziati hanno escogitato un trucco: possono usare la luce, perché la luce può percorrere solo una certa distanza in un certo tempo. Se lo spazio è disteso, la luce deve viaggiare un po’ più lontano e impiega più tempo. Viceversa per quando lo spazio è ridotto.

Il trucco per sapere se lo spazio è stato schiacciato o allungato è misurarlo in due direzioni e calcolare la differenza. Purtroppo per noi non è qualcosa di facile da misurare.

La differenza nella distanza che stiamo cercando è 1.000 volte più piccola di una minuscola particella chiamata protone. Per stupirti davvero, i nostri corpi hanno circa 10 quadriliardi di protoni (10.000.000.000.000.000.000.000.000.000).

È un cambiamento follemente piccolo che dovevamo rilevare, ma per fortuna scienziati e ingegneri hanno trovato un modo per farlo e puoi saperne di più su questi rilevatori nel video qui sotto.

Le onde gravitazionali ci hanno dato nuovi occhi sul nostro Universo, permettendoci di “vedere” cose come buchi neri e stelle di neutroni che si schiantano insieme, perché possiamo finalmente rilevare le minuscole increspature che creano.

Autore

Sara Webb, Università di tecnologia di Swinburne