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Tremori primordiali dal Big Bang

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Tremori primordiali dal Big Bang

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Centro europeo di operazioni spaziali di Darmstadt, Germania. Sempre piú vicini alla comprensione delle origini dell’Universo: per la prima volta abbiamo sbirciato oltre il velo che copre il Big Bang. Cosa sappiamo davvero sull’inizio di tutto?

Un’onda d’urto, di recente, ha colpito i fondamenti della cosmologia con l’annuncio che l’esperimento BICEP2 di polarizzazione della radiazione elettromagnetica, effettuato al Polo Sud celeste, aveva scoperto alcune aree definite come onde gravitazionali primordiali.

Queste onde potrebbero essere la conferma della teoria nota come inflazione cosmica ovvero onde gravitazionali nella radiazione cosmica di fondo

Per chi studia il Big Bang e l’origine dell’universo questa è una grande scoperta.

Paul McNamara, Scienzato e Ricercatore del Progetto LISA, ESA (European Space Agency):
“BICEP2 ha trovato la presenza di onde gravitazionali primordiali. Per me, questo è uno dei grandi dogmi della scienza. L’inflazione cosmica (o repentina espansione dell’Universo) c‘è stata, e se è realmente accaduta, sono rimaste le onde gravitazionali.”

Einstein predisse che le onde gravitazionali, una sorta di increspatura nello spazio-tempo, dovrebbero esserci.
I risultati al Polo Sud sembrano confermare la sua teoria.

L’annuncio è stato fatto prima della conferma, quest’autunno, dei dati sulla polarizzazione dal satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea. BICEP2 e Planck hanno studiato ció che resta del Big Bang, la radiazione cosmica di fondo.

Jan Tauber, Scienziato del Progetto Planck, ESA:
“La scoperta di BICEP2 era abbastanza sorprendente – non solo per le squadre di Planck, ma per il tutto il campo di ricerca. Sorprendente, a causa dell’alta intensità del segnale ricevuto.”

La domanda ora è: il segnale della presenza di onde gravitazionali giunge davvero dai drammatici e primoridiali istanti dell’universo, periodo noto come inflazione, o arriva da altrove?

Alcuni scienziati credono che BICEP2 sia stato distratto da interferenze come la polvere cosmica.

Jan Tauber, Scienziato del Progetto Planck, ESA:
“Ovvio, ogni esperimento vuole essere il primo e per questo è stato un po’ una delusione, perché se – ancora una volta con un se – le misurazioni effettuate da BICEP fossero corrette, allora avremmo dovuto essere in grado di misurarle e confermare la scoperta, prima. Ho detto “se” perché ci sono ancora alcuni significativi punti interrogativi sul tema, che devono avere risposta.”

Il motivo di tanta emozione nel mondo della cosmologia è che le onde gravitazionali potrebbero insegnarci molto sull’universo.

Con l’interferometro VIRGO all’Osservatorio gravitazionale europeo vicino a Pisa, gli scienziati cercano di intercettare quelle onde.

Federico Ferrini, Direttore dell’European Gravitational Observatory:
“Qui siamo vicino al tunnel, lungo tre chilometri – abbiamo due gallerie perpendicolari una all’altra e in ognuna di esse c‘è un fascio di luce che va dall’edificio centrale alla torre in fondo, dove la luce viene riflessa e torna indietro. Lo scopo di questa grande infrastruttura è rilevare un’onda gravitazionale”.

In teoria, un’onda che attraversa la Terra allungherebbe i tunnel, modificando il tempo impiegato dalla luce per andare da uno specchio all’altro. E ció può essere rilevato.

Giovanni Losurdo, Project Leader di VIRGO INFN Firenze/EGO:
“Questo è il nocciolo del rilevatore, è il luogo dove i due raggi laser si ricombinano e vengono rilevati esattamente laggiù. Quindi, questo è il posto dove vediamo davvero se un’onda gravitazionale ha colpito il nostro rivelatore. Non è molto grande, anzi, il livello di tensione è molto molto piccolo. È circa un millesimo delle dimensioni di un protone”.

Scoprire l’universo attraverso le onde gravitazionali ci arricchisce con nuovi dati: prodotte principalmente da eventi catastrofici come collisioni di buchi neri, queste onde nella loro natura sono completamente differenti dalle radiazioni elettromagnetiche. Un po’ come dotare di suono le immagini dell’universo.

Jean-Yves Vinet, Portavoce VIRGO:
“Infatti, le frequenze della globulizzazione delle stelle compatte sono nel campo frequenza audio, come dire: quando rileviamo e registriamo il loro segnale, possiamo anche sentirlo.”

Assistiamo alla simulazione di come un’onda gravitazionale suonerebbe se convertita in audio…

Ma, per catturare questa vibrazione, gli specchi dell’Osservatorio devono essere perfettamente fermi. E sulla Terra, spesso non è possibile.

Jean-Yves Vinet, Portavoce VIRGO:
“Noi rileviamo il terremoto nello spazio, non sulla Terra; quindi è assolutamente necessario isolare tutte le parti dell’interferometro dal suolo”.

Federico Ferrini, Direttore dell’European Gravitational Observatory:
“Combattiamo contro le fluttuazioni termiche, i rumori sismici e ovviamente, anche contro camion o ferrovie: questo è il tipico compito del direttore!”

Naturalmente lanciare esperimenti nello spazio per cercare onde gravitazionali è anche un modo per evitare il rumoroso ambiente terrestre.

La missione LISA dell’ESA, realizzata entro i prossimi 20 anni, avrà un posizionamento di specchi tale per cui la sensibilità delle rilevazioni sarà migliore.

Paul McNamara, Scienzato e Ricercatore del Progetto LISA, ESA (European Space Agency):
LISA, acronimo di Laser Interferometer Space Antenna, è una costellazione di tre satelliti, distanti circa 1 milione di chilometri. Considerando la distanza tra due bracci, simile a quella terrestre, e confrontando tra loro le diverse lunghezze, misuriamo il segnale delle onde gravitazionali.”

Il trio di satelliti, collegati da un raggio laser esattamente allineato, seguirà la terra a una distanza calcolata per bilanciare le forze gravitazionali.

Paul McNamara, Scienzato e Ricercatore del Progetto LISA, ESA (European Space Agency):
“Quando LISA sarà lanciata e operativa, sarà la più grande costellazione artificiale mai realizzata dall’uomo. Nel senso che, il milione di chilometri che separa i satelliti sarà come 2 volte e mezza la distanza dalla Luna. E misuriamo le relative differenze tra i satelliti di qualche picometro, circa un centesimo delle dimensioni di un atomo, sopra il milione di chilometri.”

Una missione di ricerca che intende confermare la scoperta già il prossimo anno e prevede di realizzare un osservatorio LISA entro il 2034. Stiamo per ascoltare la sinfonia cosmica dalla pulsazione delle stelle di neutroni ai primi tremori del Big Bang.

Jean-Yves Vinet, Portavoce VIRGO:
“Ogni volta che gli uomini hanno rivolto i loro strumenti verso il cielo, prima hanno imparato cose perfettamente inutili, convalidate dalla scienza. E la scienza, alla fine è utile. Poi, hanno capito come funziona l’universo. E ció ha consentito di fare altre cose.”

Paul McNamara, Scienzato e Ricercatore del Progetto LISA, ESA (European Space Agency):
“Possiamo utilizzare le onde gravitazionali per capire la parte più antica dell’universo? Questo rimane uno dei grandi interrogativi e questo è il motivo per cui le onde gravitazionali primordiali riscuotono grande successo.”