Virgo: il potere di un’idea

Redazione

Esattamente un secolo dopo la teorizzazione della relatività generale di Einstein, la scoperta delle onde gravitazionali apre all’umanità una finestra completamente nuova sull’universo, capace di permettere una comprensione tutta nuova di buchi neri, stelle di neutroni e altri fenomeni astrofisici. Ad annunciare la scoperta sono stati gli scienziati di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), e di Virgo, durante la conferenza stampa tenutasi l’11 febbraio contemporaneamente a Washington e a Cascina, in provincia di Pisa. L’onda gravitazionale rivelata dai due interferometri americani il 14 settembre 2015 è stata prodotta dalla fusione di due buchi neri, ciascuno di massa pari a circa trenta volte quella del nostro sole. Dopo aver spiraleggiato l’uno intorno all’altro, i due buchi neri si sono fusi, e durante tutto il corso della “danza di avvicinamento” hanno increspato lo spazio-tempo emettendo onde gravitazionali. Ma che effetto produce il passaggio di un’onda gravitazionale? Nella teoria del fisico tedesco, la visione newtoniana della gravità come forza che attrae due corpi è sostituita da quella di gravità come caratteristica intrinseca dello spazio-tempo, che si distorce in presenza di grandi masse. In questo quadro, quando un’onda gravitazionale attraversa lo spazio, “stira” le distanze in una direzione e le “accorcia” in quella perpendicolare, seguendo un andamento ondulatorio. Se la descrizione dell’effetto è semplice, la sua rivelazione non lo è altrettanto: infatti, la “tipica” variazione di lunghezza dovuta al passaggio dell’onda è pari a circa lo spessore di un capello nella distanza tra il sole e la sua stella più vicina. Se è vero che sono stati i due interferometri americani di LIGO i primi ad aver ascoltato il “canto del cigno” di due buchi neri, è altrettanto vero che il loro gemello europeo, Virgo, li affiancherà molto presto nella nuova mappatura dell’Universo. Sorto da una collaborazione italo-francese e sito nelle campagne pisane, il progetto Virgo nasce dall’idea di amplificare i segnali provenienti dagli oggetti più massivi del cosmo, ascoltare le “frequenze più basse” della sinfonia dello spazio-tempo, come quelle rivelate il 14 settembre scorso. Così ci spiega il professor Adalberto Giazotto, uno dei due padri fondatori di Virgo e già Dirigente di Ricerca presso l’ INFN di Pisa.

Professore, questa scoperta rappresenta un bel regalo per il centenario della Relatività Generale. Si tratta solo di un’ulteriore verifica della teoria di Einstein o c’è di più?
‹‹Davvero un bel regalo anche per noi. Delle onde gravitazionali finora c’era stata solo una prova indiretta. Infatti, secondo le previsioni della relatività generale, due stelle che ruotano una intorno all’altra perdono energia per emissione di onde gravitazionali causando una diminuzione della dimensione dell’orbita. Quest’effetto fu misurato nel 1974 dagli astronomi Hulse e Taylor, premiati con il Nobel per la fisica nel 1993. La grandezza della scoperta fatta il 14 settembre del 2015 è la rivelazione diretta delle onde gravitazionali. È la prima volta che succede››.

Che cosa sono le onde gravitazionali e in che modo aprono una nuova finestra sull’Universo?
‹‹Sono increspature dello spazio-tempo che percorrono l’universo alla velocità della luce. La rivelazione delle onde gravitazionali apre ad una nuova astronomia che ci permette di “raccontare” fenomeni fino ad oggi inaccessibili››.

Come si fa a rivelare le onde gravitazionali?
‹‹Con un rivelatore, chiamato interferometro che, come suggerisce il nome stesso, sfrutta il principio dell’interferenza tra due fasci di luce laser per rivelare una variazione di lunghezza dovuta al passaggio dell’onda gravitazionale. Il problema fondamentale è che per ascoltare un sussurro bisogna attenuare qualsiasi forma di rumore, primo fra tutti il rumore sismico. Ed è proprio il “superattenuatore” – un sistema di sospensione che impedisce al rumore sismico di coprire il segnale prodotto dall’onda gravitazionale – uno dei punti forti di Virgo››.

Lei è, insieme ad Alain Brillet, uno dei due padri fondatori di Virgo. Com’è nata l’idea di costruire questo strumento?
‹‹Negli anni ottanta iniziai a lavorare ad un sistema capace di ridurre il rumore sismico alle basse frequenze. Da questa esperienza nacque il progenitore di Virgo: si chiamava IRAS (Interferometro per la Riduzione Attiva del Sisma), e permetteva di attenuare il rumore sismico di un milione di milioni di volte. Il 12 maggio del 1987 noi del gruppo dell’Università di Pisa non eravamo soli: i primi ad entrare furono i ricercatori dell’Università “Federico II” di Napoli, Alain Brillet – altro padre fondatore di Virgo – del CNRS, il CNR di Frascati e l’Università di Salerno. Abbiamo avuto il coraggio di iniziare un’impresa nuova, fuori dagli schemi di quel tempo. Prima che nascesse Virgo, infatti, esistevano due soli interferometri al mondo: uno a Monaco e l’altro a Pasadina (California) con bracci lunghi rispettivamente 30 e 40 metri. Noi siamo partiti da un’idea ambiziosa, quella di costruire un interferometro nuovo, con bracci di 3 km, e soprattutto sensibile alle basse frequenze. Questa è stata l’idea vincente di Virgo››.

È giusto definire gli interferometri come delle “antenne” capaci di captare i “sussurri dell’universo”?
‹‹Diciamo di si. Definirle come un’antenna è un sistema nostalgico per riferirsi alle onde radio. Noi stiamo percorrendo con le onde gravitazionali la via che Marconi ha percorso con le onde elettromagnetiche. È una strada molto simile. Queste onde sono davvero i sussurri dell’universo. Ogni movimento di massa, piccola o grande che sia, produce onde gravitazionali. Ma, a differenza delle onde elettromagnetiche, quelle gravitazionali “stirano” lo spazio-tempo ma non interagiscono con la materia: basti pensare al fatto che queste onde sono uscite “indenni” dal Big Bang portando con sé l’informazione di quel momento, e da allora circolano nell’universo. Quando riusciremo a rivelarle avremo informazioni su quel fenomeno unico››.

Quanto è importante la collaborazione tra Virgo e LIGO?
‹‹Fondamentale. La collaborazione con LIGO è nata dalla considerazione seguente: eravamo gli unici due gruppi sulla terra a fare questi esperimenti. Dovevamo scegliere se collaborare o entrare in competizione. Fortunatamente non fummo miopi. Ed oggi le nostre tre “antenne” vengono usate come un’unica macchina planetaria con cui analizzare i dati. È stata una mossa fondamentale quella di mettersi d’accordo, ha reso moltissimo. Il fatto che Virgo sia tecnologicamente alla pari con LIGO, nonostante la disparità di risorse umane ed economiche, è un qualcosa di eccezionale. Con l’idea della macchina di grandi dimensioni e sensibile alle basse frequenze abbiamo scelto la strada giusta.››.
Parafrasando Platone: ci troviamo nel pieno di una “seconda navigazione”, in cui ci si mette “in ascolto del sussurro dell’universo”.

Francesco Prudente

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