A Pisa l'antenna per ricevere onde gravitazionali

Un'antenna davvero particolare quella del progetto Virgo, a Cascina nei pressi di Pisa. L'antenna, descritta in un articolo che ho appena visto su Repubblica.it (la conferenza stampa di presentazione si è tenuta ieri, 22 maggio), è fatta da due bracci di 3 chilometri l'uno disposti a L. Due tubi di acciaio perfettamente isolati sismicamente, in cui due raggi generati da un laser purissimo rimbalzano da una quantità di specchi ad alta riflettività. Gli specchi sono appesi ai fili e si possono spostare, impercettibilmente, nella direzione longitudinale dei bracci della L. Rimbalzando di specchio in specchio i raggi percorrono centinaia di chilometri e confluiscono su un rivelatore determinando un pattern di interferenza. Quando l'antenna di Virgo riceve uno dei segnali per i quali è stata costruita, gli specchi si allontanano e questo pattern subisce una impercettibile variazione (in realtà nei tunnel di Virgo è un singolo fotorivelatore ad accorgersi delle minuscole variazioni subite dai raggi riflessi tra gli specchi in un percorso che le onde ricevute rende leggermente più breve o più lungo. Stiamo parlando di una variabilità rispetto alla lunghezza del braccio di un ordine di grandezza inimmaginabile. La proporzione è analoga a quella che c'è tra lo spessore di un capello e la distanza tra il sole e le stelle più prossime.

Che tipologia di onde può essere così elusiva e difficile da ricevere? Sono le onde gravitazionali, previste teoricamente da Einstein nel quadro della teoria della gravità relativistica. Così come le onde elettromagnetiche sono prodotte dall'oscillazione di particelle cariche, quelle gravitazionali vengono prodotte dalle masse in movimento e si propagano alla velocità della luce. Nel 1993 Joseph Taylor e Russel Hulse ricevettero il premio Nobel per la fisica per aver scoperto, nel 1974, un nuovo tipo di pulsar, poi rivelatasi una pulsar binaria costituita da due stelle di neutroni, resti di supernovae. Ancora i due premi Nobel non lo sapevano, ma durante le loro osservazioni della presunta pulsar (una pulsar è una stella di neutroni che ruota rapidamente su se stessa emettendo, come un faro nella notte, un impulso radio), gli impulsi che arrivavano al radiotelescopio di Arecibo avevano una periodicità a volte più lunga, a volte più breve. Questo portò a ipotizzare che la pulsar fosse in realtà costituita da due stelle uguali, addirittura due stelle di neutroni (uno delle quali non appariva come una pulsar) in orbita reciproca. Secondo le teorie di Einstein un sistema del genere doveva produrre forti radiazioni gravitazionali. Come la radiazione elettromagnetica si propaga perturbando il campo magnetico, quella gravitazionale perturba il campo gravitazionale, ma Taylor e Hulse non potevano misurarlo direttamente, non avendo gli strumenti adeguati. La loro verifica della validità della teoria avvenne indirettamente, misurando le impercettibili variazioni indotte dall'effetto delle onde gravitazionali sull'orbita reciproca dei due oggetti: emettendo questa radiazione il sistema perde energia e l'orbita degrada, diventa più piccola e frequente.
La conferma indiretta dell'esistenza delle onde gravitazionali spinse gli scienziati a cercare di sviluppare nuove tecniche per il rilevamento diretto di questa radiazione a terra. I giganteschi interferometri come Virgo non sono altro che le antenne di immani telescopi gravitazionali capaci di svelare la radiazione rilasciata da eventi davvero titanici, descrivendoci l'immagine del tutto inedita di un universo fatto di esplosioni e collassi stellari, di masse enormi che interagiscono tra loro. La "larghezza di banda" del telescopio gravitazionale di Cascina va da 10 a 6.000 Hertz e la sensibilità dovrebbe consentire di "osservare" gli effetti gravitazionali sulle supernovae e i sistemi binari della Via Lattea e di altre galassie. Il progetto Virgo, nasce da una collaborazione tra italiani e francesi ed è localizzato presso EGO, l'osservatorio gravitazionale europeo. Altri telescopi gravitazionali in funzione in questo momento nel mondo si sono federati per coordinare e combinare i risultati delle loro osservazioni, così come si fa per la radioastronomia. L'obiettivo e affinare la precisione delle misure e determinare meglio le direzioni e le distanze dei fenomeni osservati.