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Astronomia

Il fantasma delle onde gravitazionali

La maggior parte dell'informazione astronomica si basa sulla luce. Questa affermazione trova la sua conferma proprio dai settori, quali l'astronomia dei raggi cosmici e quella dei neutrini, che rappresentano invece un'eccezione alla concezione classica. Le difficoltà insite soprattutto nella osservazione del neutrini solari  non lasciano dubbi su quanto sia complicato, per l'osservazione astronomica, uscire dai binari ben definiti dallo spettro elettromagnetico.

Nel 1968 Weber propose per primo la possibilità di concentrare le osservazioni in una banda alternativa a quella luminosa: quella delle onde gravitazionali. Come si manifesta la radiazione gravitazionale? che tipo di intensità ha? a quale velocità si propaga? Le risposte a questa domanda erano da tempo ben note. Infatti, solo pochi anni dopo la costruzione della Relatività Generale, Einstein risolse le equazioni del campo gravitazionale nella approssimazione analoga a quella applicabile alle equazioni di Maxwell per poter ottenere la luce; ne ricavò una precisa previsione teorica dell'esistenza di "onde gravitazionali". Ben più complessa della luce, la "luce gravitazionale" si manifesta nella forma di increspature dello spazio-tempo che si propagano come "onde" ad una velocità pari a quella della luce. Ma allora perchè si attese il 1968 per poter decidere circa la possibilità di osservare onde gravitazionali? Il motivo è legato alla intensità della radiazione gravitazionale che risulta ben 10^-39 volte meno intensa di quella elettromagnetica.

Il contributo fondamentale di Weber nel 1968 fu quello di ipotizzare la presenza nel centro della nostra Galassia di oggetti compatti, buchi neri, tali con la loro presenza da poter produrre perturbazioni nella struttura della spazio-tempo rilevabili come onde gravitazionali. A questo punto lo stesso Weber si mise all'opera e costruì un vero e proprio rilevatore di "onde gravitazionali".  Si trattava di un cilindro di alluminio, raffreddato poco sopra lo zero assoluto, in modo da poter separare l'eventuale oscillazione causata dall'onda gravitazionale da ogni altro possibile "rumore di fondo". L'estrema debolezza del segnale rendeva l'esperimento straordinariamente difficile in quanto non solo eventuali disturbi dovuti all'attività umana ed alla micro-sismologia, ma persino le oscillazioni spontanee della barra potevano oscurare il segnale gravitazionale.

Secondo Weber la barra entrava in oscillazione, a causa della rotazione terrestre, proprio quando era orientata verso la costellazione del Sagittario, cioè verso il centro galattico. Un risultato che, se confermato, gli sarebbe valso il premio Nobel ed avrebbe permesso ai tanti fisici relativisti di tirare un profondo sospiro di sollievo. Svelato il mistero delle onde gravitazionali, la teoria di Einstein avrebbe avuto un'ulteriore e clamorosa scoperta.
Purtroppo però i risultati di Weber non furono confermati da altri esperimenti, il suo Nobel svanì e pure progettando nei quattro decenni seguenti numerosi esperimenti possiamo dire che sino ad oggi manca un'evidenza diretta dell'esistenza delle onde gravitazionali. Come abbiamo accennato nella pagina relativa alla scoperta delle pulsar, lo studio del decremento nel tempo del periodo della emissione radio pulsata del pulsar binario PSR 1923+16 è l'unica prova, seppur indiretta, dell'esistenza di onde gravitazionali. 

L'intuizione di Weber sta però dando i suoi frutti proprio nel 2007.  A Pisa, presso la sezione dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, si è completata la costruzione di un importante telescopio finalizzato alla rilevazione di radiazione gravitazionale. Si tratta del progetto VIRGO che consiste nella costruzione di un interferometro a Càscina, presso Pisa, con due bracci lunghi 3 km. Le flessioni dei due bracci sono, in modo complicato e sottraendo tutti il rumore possibile, riconducibile all'eventuale passaggio di un'onda gravitazionale di origine galattica. Il progetto VIRGO fa parte del LIGO un interferometro gravitazionale su grandissima scala analogo al progetto VLBI nel campo della banda radio.