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La ricerca
sulle onde gravitazionali con gli interferometri Virgo e Ligo 20.08.09 - Per la prima volta definito il profilo delle onde gravitazionali generate dal primo minuto di vita dell’Universo. Ossia il “tuono” (cioè le onde gravitazionali) prodotto nel momento in cui il cosmo ha improvvisamente accelerato la sua espansione, creando l’Universo fisico nel quale viviamo. Con uno studio pubblicato sulla più importante rivista scientifica mondiale, Nature del 20 agosto, (studio al quale hanno partecipato ricercatori dell’INFN) ora sappiamo che il “tuono” del Big Bang non può superare una certa soglia di “rumore”. Per la prima volta, infatti, i fisici hanno esplorato il primo minuto di esistenza del cosmo attraverso la ricerca delle onde gravitazionali. Cioè di quelle increspature dello spazio tempo (come le onde prodotte da un sasso che cade in uno stagno) dovute a grandi sconvolgimenti. Oltre ovviamente al Big Bang, le onde gravitazionali possono essere prodotte da esplosioni di grandi stelle (le supernovae), dallo scontro tra buchi neri o dalle stelle di neutroni. Finora le onde gravitazionali, previste da Einstein, non sono mai state osservate. La loro ricerca avviene attraverso apparati tecnologicamente avanzatissimi che debbono rivelare, attraverso fasci laser che corrono avanti e indietro per un centinaio di chilometri, variazioni di lunghezza dell’ordine di un millesimo del diametro di un nucleo atomico. In Italia esiste uno di questi apparati, è l’interferometro VIRGO, a Cascina vicino a Pisa, presso l'Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO). è il prodotto della collaborazione tra Italia (attraverso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) e Francia. VIRGO collabora con una ricerca USA (chiamata LIGO) che lavora con tre interferometri, uno nello Stato di Washington, uno nello Stato della Louisiana e uno in Germania. Sono stati due anni (2005-2007) di osservazione con LIGO che hanno permesso questa misura di precisione. Gli scienziati italiani dell’INFN hanno contribuito analizzando la grande messe di dati ricavati dalla ricerca. “Gli scienziati delle collaborazioni LIGO e VIRGO hanno congiunto i loro sforzi per il miglior utilizzo possibile dei dati forniti dai loro strumenti – ha commentato il professor Francesco Fidecaro, dell’Università di Pisa e dell’ INFN e responsabile scientifico di VIRGO – combinando simultaneamente i dati provenienti dagli interferometri LIGO e VIRGO potremo arrivare a conoscere sulle onde gravitazionali informazioni che nessun altro strumento può dare. Questo è una grande promessa per il futuro”. Lo scambio di dati tra LIGO e VIRGO permetterà infatti agli scienziati di risalire ancora più indietro nel tempo e nello spazio con maggiore sensibilità. Le due eco: calore e onde gravitazionali Alla nascita dell’Universo si sono generati due grandi tipi di eco: quella dovuta al calore residuo della grande esplosione (la radiazione a microonde del fondo cosmico) e quella creata dal flusso di onde gravitazionali (increspature nel tessuto dello spazio tempo). Di queste due eco solo quella delle onde gravitazionali porta fino a noi le informazioni sul tempo immediatamente successivo al Big Bang. L’Universo primordiale infatti era trasparente solo per le onde gravitazionali, mentre per tutte le altre particelle non lo era. è per questo che l’eco della radiazione a microonde del fondo cosmico ci permette di “osservare” il cosmo solo, per così dire, circa 400 mila anni dopo l’esplosione iniziale. L’eco delle onde gravitazionali, il cosiddetto stochastic background o rumore di fondo stocastico, si presenta come la sovrapposizione di diverse onde come quelle sulla superficie di uno stagno ma di differenti altezze e direzioni. L’intensità di questo background ha una relazione diretta con i parametri che governano il comportamento dell’Universo durante il primo minuto dopo il Big Bang. La ricerca, quella che appare su Nature, pone anche limiti ai modelli esistenti delle “stringhe cosmiche”, strani oggetti che si pensa siano stati creati all’inizio dell’Universo e poi stirati fino a lunghezze enormi dall’espansione del cosmo. Le “stringhe”, affermano alcuni cosmologi, possono formare degli anelli che, oscillando, decadendo o sparendo, generano onde gravitazionali. Le onde gravitazionali, con il loro carico di informazioni sulle proprie origini violente e sulla natura della gravità, possono essere studiate solo grazie agli interferometri e alle antenne gravitazionali come LIGO e VIRGO. L’esistenza di queste onde è stata predetta da Albert Einstein nel 1916 nella sua teoria della relatività generale.
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