Intervista a Francesco Fidecaro. Alla ricerca delle onde gravitazionali emesse dai buchi neri

Dentro il tunnel dell’interferometro VIRGO Foto: Hoda Harabshai

Poiché è impossibile vedere i buchi neri, uno scienziato che lavora con LIGO (osservatorio interferometro laser delle onde gravitazionali) negli Stati Uniti spera di poter studiare questi oggetti cosmici guardando le increspature nello spazio-tempo, chiamate onde gravitazionali, che sono onde di metrica dello spazio-tempo. La loro esistenza è prevista a livello teorico dalla relatività generale di Einstein.

LIGO – acronimo di Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory- è composto da un paio di osservatorii, uno in Louisiana e l’altro nello stato di Washington e sono in servizio dal 2002. Ora,  rivelatori nuovamente sensibilizzati vengono aggiunti ad entrambi.

“Questi rivelatori avanzati di LIGO che ora stanno installandosi potranno guardare attraverso una parte sostanziale dell’Universo,” ha affermato Kip Thorne, professore emerito dell’Istituto di Tecnologia della California (Caltech) e uno dei principali promotori di LIGO. “Aspettiamo di vedere i buchi neri collidendo in un ritmo forse tra una volta all’ora e una volta all’anno.”

Ciascuno degli interferometri di LIGO consiste in un gigantesco tunnel vuoto a forma di L, lungo 4 chilometri per lato, alle cui estremità si trovano degli specchi sospesi. Secondo Thorne le prime scoperte di LIGO arriveranno nell’arco di tempo compreso tra 2014 e 2017.

“Dipende da quanto la natura sarà gentile e da quanto sarà rapida la messa in servizio”, Thorne ha dichiarato a SPACE.com. “Questi  strumenti sono molto molto complessi e per questo si richiede un lavoro molto accurato.”

Se LIGO riuscisse a trovare le onde gravitazionali, le conseguenze potrebbero essere considerevoli. Non solo tale scoperta confermerebbe che esiste il viaggio di questa curvatura spazio-tempo, ma fornirebbe anche preziose informazioni sulla natura dei buchi neri o degli altri oggetti che li hanno creati.

Il fratello italo-francese di LIGO

Ma LIGO non è l’unico al mondo. In realtà, questi osservatori americani hanno un fratello italo-francese situato nel comune di Cascina a Pisa, soprannominato VIRGO.

Si tratta di un rivelatore interferometrico di onde gravitazionali sempre in un gigantesco tunnel vuoto a forma di L, ma in questo caso, con bracci lunghi 3 di chilometri per lato.

“Come premessa, dal 2007 è in funzione un accordo di  data sharing tra Virgo e LIGO che prevede accesso reciproco ai dati e pubblicazione congiunta dei risultati, anche se dovessero provenire da un solo rivelatore,” ha spiegato Francesco Fidecaro, direttore del dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa e Spokesperson dell’esperimento Virgo e direttore scientifico dell’European Gravitational Observatory (EGO) fino a giugno 2001 in un’intervista a Gaianews.it.

“Il motivo è che le possibilità di studio scientifico sono minime con un solo rivelatore, ci vuole una rete che copra il mondo intero. All’accordo si aggiungerà un interferometro giapponese, KAGRA, in costruzione sotto Kamioka Mountain (dove c’è il rivelatore per neutrini SuperKamiokande) quando saranno in funzione (2016 e oltre). Allo stato attuale, le idee e analisi dei dati sono quindi di Ligo- anzi della LIGO Scientific Collaboration (LSC)- e Virgo”, ha aggiunto lo scienziato italiano. “LIGO sono i due interferometri che si trovano in Louisiana e nello stato del Washington.Virgo è sia uno strumento che una collaborazione scientifica.”

L’accordo prevede che le analisi dei dati siano fatte in comune, e ci sono fonoconferenze settimanali in particolare su questi temi principali:

-burst da collasso stellare (supernova)

-inspiral e coalescenza da coppie di neutron star, di buchi neri o misti buco nero neutron star

-sorgenti periodiche, stelle di neutroni ruotanti

-fondo stocastico cosmologico

Quindi, trovare i buchi neri è uno degli obiettivi principali dell’accordo tra Virgo e Ligo. “I sistemi binari, come coppie di buchi neri, sono interessantissimi per la relatività generale, perché non richiedono di capire il comportamento della materia che compone le stelle di neutroni. Si può studiare la relatività generale nei suoi aspetti più complessi, ma con un sistema fisico molto semplice”, ha continuato Fidecaro.

“Come capisce l’idea non è nuova. La seconda generazione di interferomentri, Advanced LIGO ed Advanced VIRGO entreranno in funzione nel 2015 e si ritiene che nel giro di qualche anno, il tempo di farli funzionare al meglio e tenendo in conto che il numero di eventi osservabili sarà inizialmente di qualche evento all’anno. Le informazioni raccolte sulla natura del processo, di quanti eventi effettivamente si osservano sono molto importanti per studiare la gravitazione e l’evoluzione dell’universo,” ha dichiarato Francesco Fidecaro.”

Le onde gravitazionali sono emesse alla fine della vita del sistema binario, quando i due buchi neri si avvicinano l’uno all’altro e si fondono in un buco nero più grande, come due gocce d’acqua che diventano una. E’ possibile registrare questa fase ultima senza dovere puntare un telescopio perché i rivelatori di onde gravitazionali ascoltano da qualsiasi direzione e sono sempre pronti a  registrare questi eventi che durano, nella fase finale, qualche secondo.

Ma c’è anche un altro strumento molto più piccolo, GEO 600 in Germania nato dalla collaborazione tra inglesi e tedeschi. “Prima che Virgo diventasse realtà hanno deciso di unirsi a LIGO. D’altra parte Italia e Francia si sono convinte di poter riuscire a realizzarlo, come strumento per lo studio della fisica fondamentale, l’interferometro Virgo, attraverso l’Istituto nazionale di Fisica Nucleare, l’ente che finanzia le ricerche di fisica fondamentale, e il CNRS francese, che ha un ruolo analogo”, ha dichiarato Fidecaro. “Naturalmente ci doveva essere un interesse da parte dei fisici, che si sono riuniti nella collaborazione Virgo, che conta ora circa 200 persone. Ora sono in corso i lavori per l’Advanced Virgo”.

Virgo e gli impianti eolici

Nel 2010, Virgo dedicata alla fisica fondamentale e alle onde gravitazionali ha avuto problemi con gli impianti eolici nelle vicinanze di questa struttura scientifica. Dichiarando che le pale eoliche, quando il vento è forte, trasmettono le vibrazioni al terreno che si propagano per chilometri e sono viste da Virgo, Francesco Fidecaro ha spiegato la situazione attuale del problema a Gaianews.it: “Attualmente con poche pale il problema è sotto controllo, noi miglioriamo i sistemi di isolamento dalle vibrazioni e loro prendono opportuni provvedimenti in caso di vento forte (abbastanza raro a Cascina). Abbiamo concordato con le autorità locali la possibilità di sviluppo dell’impianto eolico, ma occorrerà verificare che l’impatto sia accettabile per il nostro lavoro.”