È quella costruita da scienziati francesi e italiani, con lo scopo di

[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