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venerdì 12 febbraio 2016

E' ufficiale, per la prima volta individuate direttamente le onde gravitazionali, by LIGO e VIRGO!

(Credit SXS)

NEWS SPAZIO :- Scienza che più scienza non si può. Sarà uno dei motivi per cui il 2016 verrà ricordato dalla storia.

La notizia sta facendo il giro del mondo, è stato dato l'annuncio ufficiale che per la prima volta sono state individuate direttamente le onde gravitazionali, così come previsto 100 anni fa da Albert Einstein nella sua teoria della relatività generale.

L'annuncio è stato dato in una conferenza stampa tenuta contemporaneamente dalle collaborazioni LIGO (a Washington D.C., USA), e VIRGO (nella sede dell'European Gravitational Observatory EGO a Cascina, Pisa, Italia).

Questo storico risultato è stato ottenuto grazie ai dati dei due rivelatori LIGO, dalle Collaborazioni Scientifiche LIGO (che include la Collaborazione GEO600 e l’Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) e VIRGO (che fa capo allo European Gravitational Observatory EGO, fondato dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN Italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique CNRS Francese).

(Credit LIGO)

Vediamo di cosa si tratta.



Einstein predisse l'esistenza delle onde gravitazionali nel 1916 nella sua teoria della relatività generale, in cui si afferma che la materia curva lo spazio-tempo, simile per analogia ad una palla da bowling posta nel centro di un lenzuolo sospeso in aria che ne curva la forma.
Ed è questa deformazione che noi percepiamo come gravità.

(Credit LIGO/T. Pyle)

Se la materia di cui sopra non è ferma ma in movimento allora possiamo aspettarci una variazione oscillatoria della deformazione, cioè dello spazio-tempo stesso, analogamente alle onde che si generano in un corso d'acqua attraversato dal un motoscafo.

Ebbene, queste variazioni oscillatorie dello spazio-tempo sono chiamate onde gravitazionali.

La gravità è generata da ogni massa, quindi qualunque massa in movimento genera onde gravitazionali. Ma la forza di gravità è la più debole delle quattro forze fondamentali individuate in natura e di conseguenza sono molto - molto molto! - deboli anche le onde gravitazionali.
Occorrono masse in movimento estremamente grandi (buchi neri) o eventi particolarmente energetici (supernova) per generare onde gravitazionali che possano essere in qualche modo rilevate.

E l'evento osservato da LIGO è stato proprio la collisione di due buchi neri, i quali orbitando l'uno intorno all'altro perdono energia sotto forma di emissione di onde gravitazionali (secondo la teoria generale della relatività) avvicinandosi tra loro nell'arco di milioni di anni, fino ad accelerare questo avvicinamento negli ultimi minuti. Alla fine i due buchi neri collidono formando un unico buco nero più grande, convertendo una parte della loro massa in energia (ricordate E=mc^2 ?).
Questa energia viene emessa come un forte getto finale di onde gravitazionali.
E ciò è proprio quanto LIGO ha rilevato direttamente, questa emissione di onde gravitazionali.


(Credit LIGO)

L'esistenza delle onde gravitazionali venne dimostrata inizialmente negli anni '70 ed '80 del secolo scorso da Joseph Taylor Jr e colleghi. Nel 1974 Taylor e Russell Hulse scoprirono un sistema binario composto da una pulsar in orbita intorno ad una stella di neutroni.
Nel 1982 Taylor e Joel M. Weisberg scoprirono che la pulsar si stava lentamente restringendo a causa del rilascio di energia nella forma di onde gravitazionali.
Per i loro studi Hulse e Taylor ricevettero il premio Nobel in fisica nel 1993.

Ma tornando ad oggi LIGO ha effettuato la prima osservazione diretta di onde gravitazionali, misurandone la debolissima interferenza sullo spazio e sul tempo nel momento in cui tali onde hanno raggiunto la nostra Terra, il 14 Settembre scorso, nell'arco di una finestra temporale di 10 millisecondi.

I due buchi neri in questione, distanti 1,3 miliardi di anni luce da noi, avevano dimensione di 36 e 29 masse solari. Il buco nero risultante ha 62 masse solari.
La massa mancante, equivalente a 3 volte la massa del nostro Sole, è l'energia emessa sotto forma di onde gravitazionali.

Come è avvenuta questa rilevazione da parte di LIGO? E cos'è un interferometro laser?

Molto brevemente, un fascio laser viene emesso e diviso in due fasci perpendicolari da uno specchio separatore. Tali fasci viaggiano in linea retta, ciascuno all'interno di un tubo lungo 3 km per VIRGO (4 km per l'interferometro LIGO) in cui vi sono condizioni di vuoto estremo.

Al termine di ogni tubo si trova uno specchio che fa rimbalzare all'indietro il fascio laser.
I due fasci tornano quindi indietro e sono ricomposti in quella che viene detta figura di interferenza che viene registrata da un rilevatore.

Quando un'onda gravitazionale colpisce questo grande rilevatore, la lunghezza dei due bracci (che contengono i tubi a vuoto) varia - interferisce sullo spazio-tempo - ed il segnale laser finale, quello ricomposto, risulta differente rispetto alle condizioni iniziali.
I due singoli fasci non sono più in fase tra loro.

E giusto per capire di quanto stiamo parlando, VIRGO è in grado di rilevare variazioni di lunghezza dei due bracci dello strumento fino ad un miliardo di volte più piccole del diametro di un atomo.

Ecco in questo video del 2009 il funzionamento del rilevatore VIRGO




Ed ecco LIGO



Qui sotto avete un filmato prototto da Caltech LIGO in cui le onde gravitazionali rilevate dal rilevatore LIGO sono state convertite in onde sonore, giusto per "farci sentire" l'evento. Un'idea davvero simpatica



Qui sotto l'articolo pubblicato ieri dal LIGO e VIRGO sulla rivista "Physical Review Letters"


Molto interessante è anche l'articolo sul sito LIGO


ed in Italiano sul sito de Le Scienze


Vi lascio con alcuni filmati che danno l'idea della portata storica dell'evento







Enjoy!

11 commenti:

  1. Bella e chiara spiegazione, arricchita e completata dai video, bravo Sergio, post ben fatto!
    Tutto ciò per me è assolutamente sbalorditivo, sono più che sicuro che lo sia anche per gli addetti ai lavori, i fisici, i ricercatori ed anche per Einstein, che cento anni fa lo aveva previsto, sarebbe sbalordito oggi se potesse vedere la tecnologia inventata per dimostrare che lui aveva ragione, anche questa volta.
    Sbalordisce non tanto la complessità strutturale di questi rilevatori che di fatto è relativamente semplice, ma il livello di precisione raggiunto nel costruire gli elementi che fanno parte del cuore del sistema.
    Questo ha dell'incredibile.

    Da un lato c'è una immane quantità di energia sprigionatasi durante lo scontro di 2 buchi neri che prima ruotavano accoppiati e che si stima lontani da noi più di un miliardo di anni luce
    ... miliardo! (1,3) ...
    fortunatamente non proprio vicini.
    Perciò possiamo dire anche che questo scontro è accaduto più di miliardo di anni fa ma lo vediamo solo ora e ci siamo organizzati giusto in tempo per rilevarlo.

    Scontro-fusione dei due buchi neri avvenuto ad una velocità "folle", metà di quella della luce e che secondo il fisico Marco Di Lorenzo ha sprigionato negli ultimi istanti di questo cataclisma, sotto forma di onde gravitazionali, un'energia pari a 50 volte (confermo cinquanta) quella di tutto l'universo visibile!
    Riuscite a capirlo?
    Io no, al momento, devo ancora metabolizzare il concetto.

    Dall'altro lato c'è la difficoltà straordinaria di creare delle antenne sensibili e precise in un ambiente non proprio immune da disturbi di ogni genere, naturali ed artificiali sulla terra.
    Per rilevare queste sfuggenti, deboli onde gravitazionali arrivate fin qui da così lontano, le antenne che ospitano i laser con gli specchi hanno la capacità risolutiva (misurarabile) di 1 miliardesimo del diametro di un atomo!

    No comment!

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  2. Gran bella spiegazione, anche quella di link4universe, lo ho appena vista, non conoscevo il canale, il nome del sito link2universe si, ma non il canale in YouTube.

    Merita farci una visita, anche se l'argomento potrebbe sembrare difficile da capire, e quindi catturare poco, non lo è poi così tanto, anzi, e penso che vi sentirete appagati dopo aver visto ed ascoltato quei 18 minuti della trascinante spiegazione fatta da Adrian.
    RILEVATE ONDE GRAVITAZIONALI!

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  3. Onde gravitazionali, concepibili i viaggi nel tempo
    Attraverso i buchi neri, come quello al centro della Via Lattea.
    Viaggiare nello spazio e nel tempo, tuffandosi nei buchi neri e sfrecciando all'interno di un cunicolo spaziotemporale, un wormhole come quelli immaginati nel film Interstellar: sembra fantascienza, ma molto probabilmente tutto questo "diventa concepibile" dopo la scoperta delle onde gravitazionali. "Si apre un mondo per la ricerca. Anzi, si potrebbero aprire più mondi", ha detto Salvatore Capozziello, dell'università Federico II di Napoli, ricercatore dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e presidente delle Società Italiana di Relatività Generale e Fisica della Gravitazione (Sigrav).
    URL: http://www.ansa.it/scienza/notizie/rubriche/fisica/2016/02/13/onde-gravitazionali-concepibili-viaggi-nel-tempo-_8c827b19-c987-4e31-b480-e042a6afb14c.html

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  4. Una domanda.. Comprendo bene che il LIGO abbia rilevato delle onde gravitazionali, ma come fanno a sapere che sono state causate da uno specifico evento (la collisione dei buchi neri) e non da un altro? La perturbazione ondulatoria ha attraversato tutto il pianeta, e non è un evento che provenga da una sola singola direzione.. o lo è? Grazie per la (eventuale) risposta.
    Marco

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    1. Ha attraversato tutto l'universo e proviene da una singola direzione. 

      Lo hanno calcolato, per triangolazione (o per trilaterazione?) mediante le varie antenne a disposizione in posti lontani sulla Terra. 

      La distanza degli ex 2 buchi neri, ora singolo buco nero, è enormemente maggiore della distanza delle stazioni a Terra, questo fatto non permette di localizzare con molta precisione il punto nello spazio in cui è avvenuto l'evento, ma solo una relativamente piccola zona. 
      Se in futuro verranno costruite altre stazioni con altre antenne in altre parti del pianeta e soprattutto se sarà possibile portare nello spazio, lontano dalla Terra e dai suoi disturbi di fondo, degli strumenti capaci di funzionare in modo simile, ma usando bracci (virtuali) molto più lunghi (quindi non pochi km come ora sulla Terra, ma migliaia o milioni di km), la precisione e la sensibilità farà un'altro balzo in avanti.

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    2. Anzi, lo ha attraversato, lo sta attraversando e lo attraverserà ...

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    3. Grazie mille per la risposta!
      Marco

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  5. Una notizia del genere necessita di molta pazienza e riflessione.
    Come già detto, l'uomo ha da oggi a disposizione un nuovo tipo di informazione per descrivere l'Universo.
    Siamo solo all'inizio, ma pensando al grande Albert e a quello che l'ennesima, grandiosa, conferma della sua teoria significa, non posso negare di avere le lacrime agli occhi!

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    Risposte
    1. Mi permetto di esprimere la mia modestissima commozione pensando come la collaborazione internazionale tra i più grandi ricercatori e l'ultimo degli operai possa portare alla costruzione di strumenti di altissima precisione al fine di dimostrare una ipotizzata teoria .
      Se Einstein potesse vedere , forse si commuoverebbe più nel vedere quanta gente ha lavorato alla sua teoria che non nella conferma della stessa .
      Tommaso Gazzoli

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  6. Sappiamo che i buchi neri sono così densi che non emettono luce e che qualsiasi cosa cada al loro interno non può più uscire. A questo punto bisogna fare i conti con il principio di conservazione dell’energia, per il quale tutte le grandezze nel buco nero vengono preservate. Vale a dire che tutto ciò che viene ingoiato dal buco nero finisce da un’altra parte a formare un buco bianco. All’interno del buco nero si forma un cunicolo spaziotemporale, un wormhole. Anche questi oggetti fantascientifici sono previsti dalle equazioni di Einstein, proprio come le onde gravitazionali. Queste ultime aiuteranno a trovarli, per esempio confermando o meno se il buco nero Sagittarius A che si trova al centro della Via Lattea è in realtà un wormhole, come alcuni calcoli indicano. Viaggiare al loro interno, ha spiegato, potrebbe deformare l’ordine in cui siamo abituati a vivere passato, presente e futuro. Tutto questo è pura fisica teorica, ma se un domani si riuscisse a vedere un wormhole, significherebbe aver trovato il modo di viaggiare non solo nello spazio, ma nel tempo.

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  7. Da qualche parte là fuori nell’universo c’è probabilmente una civiltà che lo ha già fatto. Ma noi ancora no.
    URL: http://www.blueplanetheart.it/2016/02/21/quanto-tempo-impiegheremo-per-realizzare-i-telescopi-gravitazionali/

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