Onde gravitazionali, “captato nuovo segnale proveniente dalla fusione di due buchi neri a 3 miliardi di anni luce”

• di Davide Patitucci
• 1 Giugno 2017

Per decenni gli scienziati hanno osservato l’universo come se guardassero un film muto. Dal 14 settembre 2015 a questo film si è aggiunto anche il sonoro. Prima una singola voce. Poi, pochi mesi dopo, il secondo sussurro cosmico. Adesso, è arrivata l’eco della terza onda gravitazionale. È stata catturata il 4 gennaio 2017. I dettagli di questo nuovo segnale sono appena stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.

L’eco di una danza tra buchi neri
È la terza volta che questi bisbigli dell’universo vengono captati dalle sofisticate orecchie, gli interferometri laser, messe in ascolto del cosmo dagli scienziati delle collaborazioni internazionali Ligo (Laser interferometer gravitational-wave observatory) e Virgo, che fa capo a Ego (European gravitational observatory), fondato a Càscina, nella campagna pisana, dall’Infn (Istituto nazionale di fisica nucleare) e dal Cnrs (Centre national de la recherche scientifique). Per la terza volta queste antenne sono riuscite ad ascoltare, nel rumore di fondo dell’universo, la voce dell’ultimo abbraccio di una coppia di buchi neri, che si sono tenuti stretti fino a diventare una cosa sola. Un unico oggetto celeste con una massa pari a 49 volte quella del Sole, distante circa 3 miliardi di anni luce dalla Terra. È come se in uno stadio affollato per una finale mondiale, si riuscisse a udire distintamente l’urlo di gioia di un singolo tifoso per la vittoria della propria squadra. Dai due buchi neri che, spiraleggiando fino a fondersi, hanno emesso questo terzo segnale, si è sprigionata un’energia enorme sotto forma di onde gravitazionali. Se fosse stata emessa come radiazione luminosa, l’evento avrebbe avuto una potenza superiore a quella di tutte le stelle e le galassie dell’universo osservabile.

Onde da Nobel
Gli scienziati stanno imparando ad ascoltare il cosmo, in cerca di onde gravitazionali. Diventano sempre più esperti nel surfare su queste increspature del tessuto elastico dello spazio-tempo, predette poco più di un secolo fa da Albert Einstein nella sua teoria della Relatività Generale. E stanno adesso raccogliendo i primi frutti di un modo nuovo di studiare il cielo. Osservandolo da una finestra appena spalancata, dalla quale poter ammirare paesaggi rimasti finora nascosti. Attraverso un nuovo messaggero cosmico, le onde gravitazionali. Un messaggero che, molto probabilmente, porterà gli scopritori a Stoccolma il prossimo autunno, per il più ambito dei riconoscimenti scientifici, il Nobel.

Secondo i ricercatori di Ligo e Virgo, questa terza onda gravitazionale dimostra, ad esempio, che nel cosmo esiste tutta una popolazione di buchi neri di massa poche decine di volte superiore a quella del Sole. E che le coppie di buchi neri che danzano tra le stelle, come ballerini forsennati, non sono in realtà un fenomeno così raro come si pensava. “Abbiamo ottenuto ulteriori conferme dell’esistenza di buchi neri di massa stellare, superiore a 20 volte quella del Sole. Si tratta di oggetti cosmici – spiega David Shoemaker, da poco alla guida della collaborazione Ligo, che comprende un migliaio di ricercatori – la cui esistenza era in dubbio prima che ne catturassimo il segnale per la prima volta. È straordinario che gli esseri umani, grazie alle collaborazioni Ligo e Virgo, siano stati in grado di testare eventi così estremi. Che hanno avuto luogo miliardi di anni fa e a miliardi di anni luce di distanza da noi”.

Ma come si formano queste coppie di buchi neri che, fondendosi, emettono onde gravitazionali? Secondo gli scienziati, sono due i modelli più accreditati. Una prima ipotesi prevede che i due buchi neri nascano insieme, da coppie di stelle esplose dopo aver esaurito il proprio combustibile nucleare. E che restino in relazione, anche dopo la loro morte, sotto una nuova veste. L’altro modello – verso il quale sembrano propendere gli scienziati in base ai dati raccolti finora – ipotizza, invece, che l’avvicinamento tra i due buchi neri avvenga solo in un secondo momento. I due oggetti cosmici, infatti, farebbero coppia fissa solo dopo essere sprofondati verso il centro di un ammasso sovraffollato di stelle. Si verrebbero, quindi, a trovare vicini in una sorta di ingorgo cosmico.
Gli scienziati di Ligo e Virgo hanno analizzato insieme i dati relativi ai due buchi neri. Come se fossero un unico grande gruppo di lavoro, formato da oltre 1200 ricercatori appartenenti a più di 100 istituzioni scientifiche, sparse in quattro continenti. Intanto, nella primavera del 2017, alle due antenne Usa si è affiancata anche la versione avanzata dell’interferometro europeo Virgo. Insieme, i tre strumenti garantiranno quella triangolazione del segnale necessaria agli scienziati per capire da quale regione dell’universo provengono le onde gravitazionali catturate. “A partire da quest’estate Virgo amplierà il network di rivelatori, consentendoci di localizzare meglio i segnali”, spiega Jo van den Brand, da maggio a capo della collaborazione Virgo.

Nelle onde la firma di nuove dimensioni nascoste?
Si apre, adesso, una stagione d’oro per gli studiosi. Che potrebbe portare a risultati considerati fino a poco tempo fa mere speculazioni fantascientifiche. Rendendo, ad esempio, concepibili – secondo quanto ipotizzato da un team di fisici napoletani all’indomani dell’annuncio della scoperta delle onde gravitazionali, nel febbraio 2016 – viaggi nello spazio e nel tempo. Come i protagonisti del film Interstellar.

Ma non è tutto. Altri affascinanti scenari potrebbero spalancarsi. È di poche settimane fa la notizia che le onde gravitazionali potrebbero permettere agli scienziati di scoprire le prime tracce di nuove dimensioni dell’universo. Dimensioni nascoste, infinitamente piccole, tanto da sfuggire alla nostra percezione di tutti i giorni. Che sono sempre state intorno a noi, anche se finora non ce ne siamo mai accorti. Come quando, guardando un cavo a distanza, lo percepiamo come una linea retta, dotata di una sola dimensione. Lo stesso cavo che, invece, a una formica che vi cammina sopra appare cilindrico, con le sue tre dimensioni spaziali.

Secondo uno studio pubblicato sull’archivio on line arXiv.org, ad opera di due fisici del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Potsdam, in Germania, l’esistenza di dimensioni extra nel cosmo potrebbe, infatti, lasciare una propria firma sulle onde gravitazionali. “Se ci fossero dimensioni extra nell’universo, allora le onde gravitazionali potrebbero viaggiare lungo queste dimensioni”, afferma su New Scientist Gustavo Lucena Gómez, uno dei due autori dello studio. E, chissà, forse un giorno le antenne costruite dagli scienziati per ascoltare queste onde, strumenti talmente sensibili da essere disturbati persino dallo sciabordìo delle acque del mare a chilometri di distanza, potrebbero essere capaci di decifrare queste firme invisibili.

Lo studio su Physical Review Letters

Lo studio tedesco sulle dimensioni nascoste dell’Universo