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Alla fine del XVII secolo, Sir IsaacNewton, estendendo le intuizioni di Galileo, propose che i disturbi gravitazionali viaggiassero più velocemente di qualsiasi altro segnale nel cosmo. Nel 1915, Albert Einstein sfidò questa visione con la sua Teoria della Relatività Generale, affermando che nessuna informazione può viaggiare più velocemente della luce, comprese le onde gravitazionali.
Il significato delle onde gravitazionali:
Il 14 settembre 2015, le prime onde gravitazionali misurate direttamente sono arrivate sulla Terra contemporaneamente alla luce proveniente dalla fusione di due buchi neri a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Questa osservazione, catturata da LIGO negli Stati Uniti e da Virgo in Europa, e confermata da circa 70 telescopi terrestri e spaziali, ha convalidato la previsione di Einstein e ha inaugurato una nuova branca dell'astronomia.
I due siti LIGO – Livingston, Louisiana e Hanford, Washington – hanno la forma di una “L” sul terreno, con bracci di 2 miglia e mezzo che ospitano laser, divisori di raggio, specchi e rilevatori. Un raggio laser viene diviso, inviato lungo ciascun braccio, riflesso indietro e ricombinato. Un'onda gravitazionale di passaggio allunga un braccio mentre schiaccia l'altro, creando una minima differenza nei tempi di ritorno dei due raggi. Questo segnale differenziale è ciò che registra il fotorilevatore.
Rilevazioni simultanee in entrambi i siti, anche se con un leggero ritardo, forniscono agli astronomi due punti dati spazialmente separati. Triangolando questi segnali, gli scienziati possono individuare la posizione della sorgente nel cielo e misurare la forma d'onda in modo estremamente dettagliato.
La relatività di Einstein mostra che i cambiamenti in un campo gravitazionale si propagano alla velocità della luce, proprio come le increspature in uno stagno. Quando due corpi massicci, come i buchi neri, si fondono, il loro movimento eccita lo spazio-tempo stesso, producendo oscillazioni che portano via energia sotto forma di onde gravitazionali. A differenza della luce, queste onde possono viaggiare attraverso la materia praticamente senza ostacoli, rivelando informazioni sugli eventi più violenti dell'universo.
Dal 2015 sono state registrate almeno quattro fusioni binarie di buchi neri, ciascuna delle quali ha consentito osservazioni simultanee di segnali gravitazionali ed elettromagnetici. Quando tre o più osservatori rilevano un segnale, gli astronomi possono (1) localizzare l'evento con elevata precisione e (2) testare la forma d'onda rispetto alle previsioni della relatività generale. Sebbene le onde inducano solo minuscole distorsioni nello spazio-tempo, la sensibilità dei rilevatori ne consente la misurazione con una precisione senza precedenti.
Le rilevazioni del 2015 sono avvenute poco prima del centenario della presentazione della relatività generale da parte di Einstein all’Accademia reale prussiana delle scienze. Man mano che l'astronomia delle onde gravitazionali matura, promette di sbloccare nuova fisica, sfidare le teorie esistenti e forse stimolare innovazioni analoghe a quelle nate dalla scoperta di nuove bande di frequenza elettromagnetica:raggi X, onde radio e altro ancora.
