Lo spettacolo del 21 novembre 2017 al Teatro Brecht di San Sisto, Perugia.

Dal 1915 in poi, i fisici hanno cercato di inventarsi un modo per poter osservare le onde gravitazionali, confermando così la loro esistenza prevista teoricamente dalle equazioni di Einstein. Ci hanno provato con le cosiddette antenne criogeniche, cilindri metallici tenuti a temperature bassissime che, localizzati in diversi parti del globo, dovevano captare le onde gravitazionali emesse dall'esplosione di supernove facendo risuonare il segnale all'interno del cilindro. Nel 1972 arrivò l'idea di Weiss di usare i fenomeni di interferenza della luce per misurare piccolissimi spostamenti o deformazioni, quelli prodotti dalle onde gravitazionali, per l'appunto (l'interferometro Virgo, vicino a Pisa). Ci sono voluti più di quarant'anni, ma alla fine il successo è arrivato il 14 settembre 2015, quando i due interferometri LIGO, posti a 3700 km di distanza l'uno dall'altro negli Stati Uniti, hanno osservato la prima onda gravitazionale. È così nata l'astronomia gravitazionale. Si è trattato di un evento epocale, l'onda gravitazionale generata dalla fusione di due buchi neri di 29 e 36 masse solari ha attraversato i due rivelatori LIGO, dopo un viaggio durato 1,3 miliardi di anni. Quel segnale non è stato visto da VIRGO, l'interferometro italiano, perché era spento per essere aggiornato. VIRGO è stato acceso poco dopo e ora altri due interferometri sono in costruzione in Giappone e in India. L'accensione di VIRGO insieme ai due LIGO statunitensi ha fornito la triangolazione che serviva per arrivare allo straordinario risultato del 17 agosto. Cioè?

Il premio Nobel Barry Barish parla nella sala dei Notari a Perugia. (https://www.sciencealert.com/images/2017-09/virgo-ligo-detection-of-gravitational-waves-sept-2017.jpg)

Al fine di identificare il punto dell'Universo da cui arriva l'onda gravitazionale, infatti, è necessario avere almeno tre differenti rivelatori. Utilizzando i ritardi dell'arrivo dell'onda si effettua una triangolazione, cioè sfruttando alcune proprietà trigonometriche del triangolo si ottiene una stima della posizione della sorgente. Questo è stato fatto con l'aggiunta di Advanced VIRGO ai due rivelatori LIGO ed ha permesso la scoperta della scorsa estate. I fisici lo avevavo detto nel 2015, dopo la prima onda gravitazionale, "è nata l'astronomia gravitazionale, ma presto avremo quella multimessaggero". Uno stesso evento cosmico potrà essere osservato mediante le radiazioni elettromagnetiche, i raggi cosmici e le onde gravitazionali. Le onde radio, i raggi gamma, i neutrini provenienti da una stesso evento cosmico, per esempio due buchi neri che si fondono, stelle a neutroni rotanti, pulsar aprono una finestra sulla possibilità di indagare questioni fondamentali della fisica che arriveranno a toccare anche la materia e l'energia oscure e, come dice Kip Thorne, i primi secondi di vita del nostro Universo e la nascita delle forze fondamentali (elettrodebole, forte e gravitazionale). Il 17 agosto è iniziato tutto questo: LIGO e VIRGO per la prima volta "hanno visto" onde gravitazionali provenienti dal collasso di due stelle a neutroni permettendo anche di rilevare le onde elettromagnetiche emesse dallo stesso evento! Barry Barish ha detto "Mostrate questa immagine ai vostri amici, ai vostri figli, alle vostre mogli, ai vostri mariti", perché il grafico del segnale captato la scorsa estate apre una nuova era della conoscenza umana.
Erano le 8:41 (Eastern Daylight Time) del 17 agosto quando il segnale è "stato visto" dai due interferometri LIGO. VIRGO ha fornito il dato mancante per la triangolazione. Parte il messaggio dagli interferometri verso tutti i telescopi del mondo e in orbita: puntate i "vostri occhi" esattamente dove vi indichiamo. Incredibile, ovunque, giorno o notte che sia, qualcuno riceve il messaggio, tutti gli strumenti presenti sulla Terra e in orbita intorno ad essa puntano verso la stessa zona dell'Universo. Circa 70 osservatori sulla Terra e nello spazio, dall'U.S. Gemini Observatory, l'European Very Large Telescope e l'Hubble Space Telescope, "vedono" la stessa cosa: la "danza vorticosa" di due stelle a neutroni che piegano lo spazio-tempo! Questa volta le inscrespature nello spazio-tempo non sono state generate da buchi neri, ma da due stelle a neutroni a 130 milioni di anni luce dalla Terra. Le stelle a neutroni sono piccole, molto dense e si formano prima che la stella esploda in una supernova. Le due stelle a neutroni, più piccole dei due buchi neri del 2015, con una massa di 1,1 e 1,6 masse solari concentrate in 20 km di diametro, hanno girato vorticosamente l'una intorno all'altra prima di collidere. Dalle osservazioni delle onde elettromagnetiche captate è emersa chiaramente la traccia di elementi neoformati durante la collisione, quali oro e platino, risolvendo anche la questione scientifica relativa a come si possano formare elementi più pesanti del ferro.
Un segnale di una frazione di secondo nel 2015 ci ha dato la prima prova diretta dell'esistenza dei buchi neri, il segnale di 100 secondi dello scorso 17 agosto ci ha permesso di "vedere" come si formano elementi pesanti. E siamo solo all'inizio... Se fossi in voi, io studierei fisica!
Jets and Debris from a Neutron Star Collision.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)