[SCIENZE] DI PIERO BIANUCCI - GIORNALISTA SCIENTIFICO UN’ANTENNA PER EINSTEIN È quella costruita da scienziati francesi e italiani, con lo scopo di riuscire a catturare e registrare nello spazio le onde gravitazionali descritte dallo scienziato ALLA SCOPERTA DEI MISTERI DELLO SPAZIO Nel cilindro metallico è sospeso uno degli specchi, un disco di quarzo di 35 cm di diametro. Nell’altra pagina: dentro uno dei bracci di 3 chilometri durante la costruzione, e il cilindro di protezione, al cui interno è sospeso lo specchio. 54 MAGGIO 2009 CLUB3 V icino a Pisa, un’antenna molto speciale ascolta l’universo con l’ambizione di far nascere una nuova astronomia, un po’ come fece 400 anni fa il pisano Galileo con il suo cannocchiale. Lui però catturava la luce, cioè onde elettromagnetiche. Qui, la speranza è di catturare per la prima volta onde gravitazionali. La gravità è la forza nota da più tempo. Fa cadere i corpi, tiene i pianeti in orbita, regola la vita delle stelle e il destino dell’universo. Newton l’ha descritta nella sua legge più famosa. Einstein ne ha dato una nuova interpretazione con la Relatività generale. Eppure ne sappiamo ancora poco. La gravità è tuttora più misteriosa della forza elettromagnetica e delle forze nucleari. Secondo Einstein, dovrebbe propagarsi come le onde sollevate da un sasso che cade in uno stagno, con la sola differenza che in questo caso le increspature deformano lo spazio. Peccato che le onde gravitazionali siano debolissime e finora nessuno sia riuscito a scoprirle. A Pisa l’antenna “Virgo” ci sta provando, in collaborazione con le due antenne “Ligo” che si trovano negli Stati Uniti. Costruita da scienziati francesi e italiani e inaugurata nell’estate 2003, “Virgo” ha ora raggiunto la sensibilità prevista dal progetto. «Per il 2015 – spiega il fisico Carlo Bradaschia – la renderemo dieci volte più sensibile. Poi si passerà ad antenne di terza generazione». La sfida è captare il rumore gravitazionale di stelle che esplodono brillando quanto 100 miliardi di Soli. Cogliere l’agghiacciante risucchio dei buchi neri che al centro delle galassie ingoiano stelle di passaggio. Spiare il lamento finale di astri che nelle ultime piroette precipitano l’uno addosso all’altro. Naturalmente non sono rumori in sen- so letterale. I suoni non si propagano nel vuoto. Però il paragone è giusto. Quando un’onda gravitazionale attraversa lo spazio cosmico, gli oggetti che incontra entrano in oscillazione, come un tappo ballonzola nello stagno increspato. L’oscillazione ha frequenze acu- stiche, da una decina a qualche migliaio di periodi al secondo, più o meno come la voce umana. In un certo senso potremmo dire che con i telescopi ottici assistiamo al film dell’universo, ma è un film muto. Se riuscissimo a captare le onde gravitazionali, sentiremmo la colonna sonora. E sarebbe tutto un altro film, la trama sarebbe molto più chiara. Quale meccanismo fisico porta all’emissione di onde gravitazionali? In breve, secondo Einstein, se accelerando un elettrone vengono irradiate onde elettromagnetiche, accelerando enormi masse di materia si producono onde gravitazionali. I fisici italiani e francesi che lavorano a “Virgo” vogliono dimostrare che Einstein ha visto bene. 100 miliardi di Soli: è la brillantezza di una stella quando esplode CLUB3 55 MAGGIO 2009 [SCIENZE] Due bracci lunghi tre chilometri ciascuno, pronti a rilevare i movimenti delle onde gravitazionali 100 milioni di anni luce: la capacità di Virgo di captare onde nello spazio 99,999% della luce: è la precisione nell’invio di immagini degli specchi riflettenti 56 MAGGIO 2009 CLUB3 L’antenna è costituita da due bracci lunghi qualche millesimo di secondo nel passagtre chilometri ciascuno, che si incrociano a gio delle onde. 90 gradi. Nei bracci, diretti l’uno a nord, l’alPurtroppo, la forza di gravità è così piccotro a ovest, dentro tubi a vuoto, corre un rag- la che per avere un segnale apprezzabile ocgio laser che viene riflesso su e giù una cin- corre accelerare quantità di materia enormi. quantina di volte, in modo che il percorso ef- Il Big Bang fu una forte sorgente di onde grafettivo della luce diventi di 120 chilometri. Al vitazionali. Quelle onde però oggi sono ridottermine del via vai, i due raggi vengono nuo- te a una debole “eco gravitazionale” ben difvamente congiunti per ficilmente osservabifar interferire le loro le. Sorgenti di onde onde. Se una stella gravitazionali adeguaesplode producendo te ai nostri sensori soun’onda gravitazionano invece le collisioni le, la distanza tra gli tra pulsar e buchi nespecchi dei due bracci ri, la rotazione di puldell’antenna viene persar ultraveloci e le turbata: uno si allunesplosioni di supernoga, l’altro si accorcia. ve che non avvengano Su tre chilometri, la in modo simmetrico. differenza di percorso Le esplosioni delle è solo un millesimo del supernove sono rare. diametro di un protoSi stima che nella none. Eppure questi stra galassia in media scienziati sperano di ne avvenga una ogni riuscire a misurarla gracento anni, e quelle zie all’interferenza tra fortemente asimmetrile onde dei raggi laser, che sono, come è faciche, al variare della dile immaginare, ancostanza, si sfaseranno ra più rare. Ma “Virl’uno rispetto all’altro. go” diventerà così senIn pratica, se la Tersibile da captare onde ra viene investita da generate da esplosioun’onda gravitazionani nel raggio di oltre TEST E LASER le, i due raggi somma100 milioni di anni luIn alto, un fascio di luce laser corre in un no due creste d’onda. ce, cioè al di là deltubo di 3 km. Sotto, tecnici durante il test Quella luce sarà col’ammasso di galassie me un allarme che si della costellazione delaccende: in tempo reale una schiera di com- la Vergine (di qui il nome Virgo), e allora, su puter elaborerà il segnale ricevuto e cercherà migliaia di galassie, gli eventi catastrofici dodi stabilire se si è trattato davvero di un even- vrebbero diventare parecchi ogni anno. to cosmico e non di qualche disturbo locale. Misurare distorsioni di un millesimo di La conferma definitiva verrà poi dalla coinci- protone, cioè un miliardesimo di miliardedenza tra i segnali raccolti da altre antenne simo di metro, richiede cure eccezionali. gravitazionali come “Ligo”. Ciò permetterà “Virgo” si avvale del laser più stabile che anche di individuare la direzione di prove- sia mai stato costruito. Gli specchi sono i nienza del segnale grazie a differenze di più riflettenti (rimandano il 99,999% della luce) e i più lisci che siano mai stati lavorati (precisione di un milionesimo di millimetro). Caratteristica esclusiva di “Virgo” è il sistema per assorbire le vibrazioni parassite, prime fra tutte quelle dei micro-terremoti, che, per quanto piccole, sono miliardi di volte maggiori del segnale che si vuole captare. La soluzione adottata consiste in ammortizzatori che occupano torri alte dieci metri: sono in pratica pendoli rovesciati a più stadi, ognuno dei quali smorza fortemente le vibrazioni. Affinché possano viaggiare indisturbati, i raggi laser corrono dentro tubi ad altissimo vuoto: con le loro dimensioni di 3 chilometri di lunghezza e il diametro di 120 centimetri, “Virgo” vanta il più grande volume di ultravuoto al mondo: la pressione residua è un millesimo di miliardesimo di quella terrestre, il vuoto che c’è sulla Luna. La più importante prova indiretta dell’esi- L’ Europa ha assunto un ruolo guida nella caccia alle onde gravitazionali assegnando, il 16 ottobre dell’anno scorso, tre milioni di euro allo studio preliminare di E.T., annuncio sorprendente in tempi di tagli alla ricerca. E.T. come Extra Terrestre. 씰 Ma non è il tenero alieno che Carlo Rambaldi disegnò per il film di Spielberg. Questa volta E.T. sta per Einstein Telescope. «Con questa decisione – dice Jacques Colas, direttore dell’Osservatorio gravitazionale europeo (Ego) e coordinatore del programma di studio del stenza delle onde gravitazionali la diedero Joseph Taylor e il suo allievo Russell Hulse, che con il radiotelescopio di Arecibo seguirono per anni una pulsar binaria cronometrandone le variazioni di periodo orbitale, dovute all’irraggiamento gravitazionale. Un lavoro che nel 1993 diede ai due scienziati americani il Nobel per fisica. Manca però la prova diretta. “Virgo” potrebbe trovarla. Sarebbe un evento storico. L’antenna è gestita dal consorzio EGO, European Gravitational Observatory, diretto da Jacques Colas. L’investimento è stato di 76 milioni di euro: 41 messi dall’Italia, che ha procurato anche il sito dal valore di 30 milioni di euro, e il resto dalla Francia. Un impegno economico che, oltre a metterci all’avanguardia in un campo della ricerca fondamentale, ha anche avuto numerose ricadute applicative, stimolando l’industria tecnolo왎 gicamente più avanzata. IL FUTURO SI CHIAMA E.T. progetto dell’Einstein Telescope – la Commissione Europea riconosce i progressi fatti con le antenne “Virgo” (italo-francese) e “Geo 600” (tedesca), gettando le basi per lo sviluppo del primo rivelatore di onde gravitazionali pan-europeo». Il progetto coinvolge otto istituti di ricerca europei sotto la direzione di Ego. 씰 Gli altri partecipanti sono l’Istituto nazionale IN COSTRUZIONE Una torre da vuoto già chiusa e, a destra, una sospensione antisismica non ancora racchiusa nel suo involucro 76 milioni di euro è la cifra investita per il progetto, di cui 41 dati dall’Italia italiano di fisica nucleare, il Centro nazionale per la ricerca scientifica francese (Cnrs), l’Istituto tedesco Albert Einstein (Aei) di Hannover, le università di Birmingham, Cardiff e Glasgow per il Regno Unito e la Vrije Universiteit di Amsterdam per l’Olanda. I tre milioni di euro assegnati dalla Commissione Europea saranno utilizzati nei prossimi tre anni. 씰 Dalla terza generazione di antenne gravitazionali ci si aspetta una sensibilità cento volte maggiore. Il volume di universo osservabile aumenterà di un milione di volte. CLUB3 57 MAGGIO 2009