Posted by on 29 Feb, 2016 in Approfondimenti | 0 commenti

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Onde gravitazionali e storie di fantascienza, un connubio visto in molte opere, trattato in film e serie TV, romanzi e racconti… spesso, però, solo con una spruzzata di informazioni realmente corrette. Tuttavia, con il recente annuncio della prima osservazione delle onde gravitazionali, quella che finora era solo una teoria viene finalmente corroborata da dati rigorosi e precisi. Possiamo comprenderla meglio e, quindi, farla “nostra”, integrandola in visioni e progetti narrativi.

Per spiegare in modo divulgativo e chiaro quanto è accaduto pochi giorni fa, ci siamo rivolti a un’amica scrittrice, laureata e dottorata in fisica, che si occupa per professione della ricerca di pianeti extrasolari. Le abbiamo chiesto di farci capire meglio l’importanza del recente annuncio, inaugurando così un nuovo “formato” per gli articoli di Altrisogni.it: la collaborazione da parte di professionisti e artisti, versati in diversi campi.

Vi lasciamo quindi alle parole di Monica Rainer, che di seguito ci spiega quanto è accaduto e qual è l’importanza di questo evento. Nella seconda parte dell’articolo, che pubblicheremo fra pochi giorni, chiuderemo il discorso con una serie di ipotesi e “sogni” che cercano di inquadrare la scoperta delle preannunciate onde gravitazionali all’interno di scenari fantascientifici adatti per sviluppare racconti e romanzi. Buona lettura!

 

Un annuncio storico: le onde gravitazionali esistono

 

di Monica Rainer

 

Pochi giorni fa è stata finalmente annunciata la prima osservazione delle onde gravitazionali, un fenomeno fisico predetto dalla teoria della relatività generale di Einstein esattamente cento anni fa e mai visto prima! Ok, ci abbiamo messo un po’ (anche se su tempi-scala astronomici siamo stati rapidi e veloci), ma a nostra discolpa va detto che la ricerca non era mica facile, e non è che fosse iniziata già nel 1916.

Per molti anni, infatti, la teoria della relatività generale è stata considerata solo come una teoria esotica, matematicamente corretta ma non necessariamente sensata fisicamente: era così in anticipo sui tempi che solo negli anni ’60 è stata davvero accettata come teoria fondamentale della fisica.

 

Una previsione che viene da lontano

Nella sua teoria della relatività generale, Einstein descrive la gravità come una curvatura dello spazio-tempo: oggetti massivi deformano lo spazio-tempo e quindi altri corpi più leggeri vi “cadono” incontro. Questo fa sì che anche particelle prive di massa risentano degli effetti della gravità, e infatti la prima prova a favore della relatività generale è stata, nel 1919, l’osservazione dell’effetto di lente gravitazionale del Sole, che curva la traiettoria della luce che vi passa vicino.

Lente gravitazionale

Lente gravitazionale: la massa del Sole devia la traiettoria della luce, modificando la posizione apparente delle stelle. (Credit: David Jarvis, link http://davidjarvis.ca/dave/gallery/)

Risolvendo le equazioni matematiche che descrivono lo spazio-tempo nella teoria della relatività generale, ci si è accorti che possono esistere degli oggetti talmente compatti, cioè con una massa così grande rispetto alle loro dimensioni, che la distorsione dello spazio-tempo da loro causata è tale da impedire a qualunque corpo, particella o radiazione che vi si avvicini abbastanza, di potersi allontanare nuovamente: questi oggetti super-compatti sono i buchi neri.

 

I buchi neri: dalla fantascienza alla scienza

Fino a pochi giorni fa avevamo solo prove indirette dell’esistenza dei buchi neri, proprio perché nessun fotone o altra particella può arrivare a noi dall’interno del loro orizzonte degli eventi, e quindi potevamo studiare solo il comportamento della materia nei loro dintorni.

Disco di accrescimento

Sistema binario con buco nero e stella: la materia della stella viene catturata dal buco nero e vi cade formando un disco di accrescimento, che emette radiazione visibile.
(Credit: ESA, NASA, e Felix Mirabel; Licenza: Pubblico dominio)

E arriviamo al succo del discorso: le onde gravitazionali!
La teoria della relatività generale prevede che oggetti massivi in moto accelerato asimmetrico (quindi con un’orbita NON perfettamente circolare) causino delle increspature nello spazio-tempo, le quali si propagano come un’onda (per avere un’immagine di riferimento, possiamo pensare a un sasso lanciato in uno stagno e alle increspature concentriche che esso genera nell’acqua). Gli effetti di increspatura nello spazio-tempo sono estremamente piccoli e su scale estremamente grandi, per cui molto difficili da rilevare dalla Terra. Ma dopo anni di preparativi, esperimenti e impegno ce l’abbiamo fatta!

 

LIGO: la vedetta delle onde

Il 14 settembre 2015 l’interferometro LIGO ha rilevato il passaggio dell’onda gravitazionale causata dalla fusione di due buchi neri, ognuno di circa 30 masse solari, distanti più o meno 1,3 miliardi di anni luce da noi: un evento che ha rilasciato più energia di quella emessa da tutte le stelle dell’universo osservabile… e che ha deformato i 4 km di lunghezza dell’interferometro di un decimillesimo del diametro di un protone!

Capite bene, quindi, perché ci sia voluto così tanto tempo per poter osservare questi fenomeni: la precisione da raggiungere è notevole.

Onde gravitazionali prodotte da due nane bianche

Un sistema binario di nane bianche emette onde gravitazionali mentre le nane spiralano l’una verso l’altra. (Credit: NASA/Dana Berry, Sky Works Digital; Licenza: Original work of NASA)

 

Misurazione LIGO di onde gravitazionali

Il segnale rilevato dai due osservatori LIGO (primi due grafici) confrontati con i segnali teorici previsti dalla fusione di due buchi neri (seconda riga) e i residui.
(Credit: Abbott et al., Licenza: CC BY 3.0)

 

Il futuro della scienza… e della fantascienza

E ora? Beh, prima di tutto la relatività generale si è rivelata essere una bella teoria solida, e ci vorrà ancora un po’ di tempo prima di riuscire a superarla. Inoltre, per la prima volta si è avuta una misura diretta dei buchi neri: esistono davvero oggetti compatti con raggi minori del proprio orizzonte degli eventi.

Inizia adesso l’era dell’astronomia gravitazionale: le onde gravitazionali sono in grado di propagarsi anche dove la luce e le particelle non riescono ad arrivare perché intrappolate da campi gravitazionali, bloccate da nubi interstellari, deviate da campi magnetici o comunque influenzate dalle miriadi di ostacoli che incontrano sul loro cammino. Finalmente, quindi, possiamo osservare oggetti finora invisibili ai nostri occhi, o estremamente lontani, imparando la storia degli eventi più energetici e catastrofici dell’universo, dalle esplosioni di supernovae al merging (fusione) di buchi neri e stelle di neutroni, fino a vedere la perturbazione causata dal Big Bang stesso.

 

Scrivere di onde gravitazionali

Nel campo della fantascienza, si aprono scenari in cui le onde gravitazionali possono segnalare la creazione di un wormhole o magari gli effetti di una civiltà aliena del terzo tipo della scala Kardashev, civiltà che sarebbe in grado di sfruttare l’energia dei buchi neri o innescare e controllare esplosioni di supernovae. Ancora, le onde potrebbero consentire di rilevare astronavi in movimento aventi motori a buco nero, anche quando queste fossero nascoste alla vista.
Così, a distanza di 100 anni dalla sua predizione, un fenomeno fisico riconosciuto finalmente come reale permetterà anche agli scrittori, oltre che agli scienziati del 21° secolo, di esplorare nuove emozionanti frontiere.

 

 

Monica RainerAutrice ospite: Monica Rainer

Nata a Milano nel lontano 1974, Monica Rainer è stata messa sulla strada dell’astrofisica dai troppi romanzi di fantascienza letti in tenera età. Laureata e dottorata in fisica all’Università degli Studi di Milano, lavora alla sede di Merate dell’Osservatorio Astronomico di Brera, dove si occupa di spettroscopia stellare ad alta risoluzione, in particolare nei campi dell’asterosismologia e della ricerca di pianeti extrasolari.
Nel tempo libero gioca ai giochi di ruolo, si dedica alla produzione casalinga di alcolici e cerca con altri due loschi figuri di mantenere in vita il serissimo sito www.mazzate.com.
Con i medesimi due disgraziati ha pubblicato un libro fantastico-surreale-comico dal titolo Gozzo Unterlachen poeta maledetto (Delos, 2015).

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