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Onde gravitazionali, balzo in avanti nella conoscenza
Per la prima volta, gli scienziati hanno osservato in modo diretto le onde gravitazionali. L'annuncio e' stato dato dalle collaborazioni Ligo negli Usa e Virgo in Italia, nel corso di due conferenze simultanee, negli a Washington e a Cascina (Pisa), nella sede dell'European Gravitational Observatory (EGO), il laboratorio nel quale si trova l'interferometro realizzato dall'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) e il Centre National de la Recherche Scientifique (Cnrs) francese. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
Le onde gravitazionali sono increspature nel "tessuto" dello spaziotempo, perturbazioni del campo gravitazionale, arrivate sulla Terra dopo essere state prodotte da un cataclisma astrofisico avvenuto nell'universo profondo. Averle osservate conferma un'importante previsione della Relativita' Generale di Albert Einstein del 1915, e apre uno scenario di scoperte senza precedenti sul cosmo. Le onde gravitazionali sono state rivelate lo scorso 14 settembre alle 10:50:45 ora italiana, e sono state prodotte nell'ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri.
Dai due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, e' nato un unico buco nero ruotante piu' massiccio di circa 62 masse solari: le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all'energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali. I due buchi neri, prima di fondersi, hanno spiraleggiato, per poi scontrarsi a una velocita' di circa 150.000 km/s, la meta' della velocita' della luce. L'osservazione conferma anche l'esistenza di sistemi binari di "buchi neri di massa stellare", in particolare aventi massa maggiore di 25 masse solari. Il processo di fusione dei due buchi neri responsabile delle onde gravitazionali rivelate e' un evento che risale a quasi un miliardo e mezzo di anni fa, quando sulla Terra facevano la loro comparsa le prime cellule evolute in grado di utilizzare l'ossigeno. Nella sede del Gran Sasso Science Institute, uno degli istituti italiani coinvolti nella ricerca, si e' svolta la diretta streaming della conferenza stampa, in un'affollatissima aula magna, alla presenza di personalita' del mondo scientifico e della politica.
"E' un momento emozionante e indimenticabile: ho speso 35 anni della mia vita in queste ricerche", dichiara il direttore del Gssi Eugenio Coccia, "ed e' meraviglioso avere in un sol colpo osservato le onde gravitazionali e dimostrato l'esistenza dei buchi neri. L'umanita' acquista un nuovo senso: d'ora in poi non solo vedremo il cosmo, ma ascolteremo le sue vibrazioni, la sua musica". A questa impresa collettiva hanno collaborato 1004 ricercatori appartenenti a 133 istituzioni scientifiche di tutto il mondo. L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, di cui il Gssi e' centro di studi avanzati, e' molto rappresentato e sono del Gssi 8 firme, tra cui 6 di giovani ricercatori da Italia, Cina, India e Pakistan.
Anche la ricerca italiana ha avuto un ruolo nella scoperta delle onde gravitazionali, che scrive una nuova pagina per la fisica. L'Osservatorio Gravitazionale Europeo EGO e' responsabile per il funzionamento e la gestione di VIRGO, e' infatti un progetto nato dall'originale idea dell'italiano Adalberto Giazotto e del francese Alain Brillet, e la cui collaborazione scientifica oggi conta circa 250 fisici e ingegneri, di cui la meta' dell'INFN, provenienti da 19 laboratori europei. L'INFN partecipa a VIRGO con le proprie Sezioni presso le Universita' di Pisa, Firenze con il gruppo di ricerca di Urbino, Perugia, Genova, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Napoli, Padova, e i Centri Nazionali Tifpa di Trento e Gran Sasso Science Institute dell'Aquila.
"Questo successo e' il coronamento di un'impresa scientifica da molti considerata al limite dell'impossibile, - sottolinea Gianluca Gemme, coordinatore nazionale INFN di VIRGO - nella quale l'Italia ha costantemente mantenuto un ruolo di leadership a livello mondiale, grazie all'impegno dell'INFN, iniziato nei primi anni '70 del Novecento con le antenne risonanti e continuato dagli anni '90 con l'interferometro VIRGO, che oggi e' uno dei tre strumenti piu' avanzati al mondo per la ricerca di onde gravitazionali". "L'aspetto piu' entusiasmante di questa scoperta - prosegue Gemme - e' che essa non chiude un'epoca ma, anzi, apre una stagione di risultati scientifici di assoluto rilievo, nella quale l'Italia con l'INFN continuera' ad avere un ruolo di primissimo piano".
La teoria della Relativita' Generale che Albert Einstein arrivo' a formulare nel 1915 descrive la gravita' come una manifestazione della curvatura dello spaziotempo. Lo spaziotempo e' come un tessuto, ma a quattro dimensioni: le tre spaziali note, piu' il tempo. Secondo la Relativita' Generale esso permea tutto l'universo, viene deformato dai corpi e perturbato da masse in movimento. Queste perturbazioni sono appunto le onde gravitazionali che, dalla loro sorgente si diffondono in modo analogo alle increspature sulla superficie di uno stagno, viaggiando alla velocita' della luce. Fino ad oggi il principale mezzo di osservazione astronomica e' stato la radiazione elettromagnetica, ma grazie alla prima osservazione diretta delle onde gravitazionali potremmo svelare aspetti dell'universo finora inaccessibili: i processi piu' drammatici del cosmo sono sorgente di onde gravitazionali, e l'osservazione di tali onde ci consente di ottenere informazioni sulle masse e sui meccanismi coinvolti nell'emissione. Inoltre, contrariamente ai telescopi che possono osservare solo una piccola porzione del cielo alla volta, i rivelatori di onde gravitazionali sono per loro natura non direzionali e sono quindi in ascolto di un grande volume di universo, il cui raggio e' ovviamente determinato dalla sensibilita' dei rivelatori. Inoltre, la misura del fondo stocastico gravitazionale, che puo' essere originato da sorgenti cosmologiche oltreche' astrofisiche, portera' informazioni sull'universo primordiale a un tempo molto prossimo al momento del Big Bang
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