Sono cinquanta gli eventi di onde gravitazionali rilevati fino ad oggi. Tali eventi segnano la violenta collisione di due buchi neri, oppure di un buco nero con una stella di neutroni. La maggior parte di questi sono stati rilevati nel 2019 da LIGO negli USA e VIRGO in Europa.
Cinquanta eventi di onde gravitazionali, illustrati. Crediti: LIGO Virgo Collaborations, Frank Elavsky, Aaron Geller, Northwestern U.
Questa illustrazione è un sommario degli eventi catalogati finora, con colori diversi a seconda delle masse in gioco. I punti blu indicano le masse più alte mentre quelli arancioni le masse più piccole, tipiche delle stelle di neutroni.
Gli astrofisici sono incerti sulla vera natura dei puntini bianchi, che indicano valori di massa che si pongono in un territorio intermedi, tra le due e le cinque masse solari. Il lavoro di interpretazione procede con entusiasmo.
Tutto questo segna per noi la comparsa di “cieli nuovi”. Il cielo che conosciamo da sempre, infatti, è dominato dal Sole, dai pianeti e dalle stelle più brillanti. In contrasto, il cielo nuovo delle onde gravitazionali è come fosse “capovolto”, perché è dominato da mondi lontanissimi, oggetti perlopiù noti da pochissimo tempo, completamente sconosciuti anche ai nostri nonni.
Il contrasto è illuminante. Comprendere il cielo delle onde gravitazionali vuol dire già rimodellare la conoscenza dell’uomo, non solo sulla nascita e morte delle stelle nel cosmo, ma sulla natura e sulle proprietà del cosmo stesso.
Vuol dire anche, che in questa fase di cambiamento d’epoca, anche il cielo ci parla in modo nuovo, ci invita a fare un salto di comprensione.
A noi, accogliere cordialmente questo invito “cosmico”, per il bene nostro e di tutti.
Stavolta sono state viste tutte e due: le onde gravitazionali e quelle elettromagnetiche (insomma, quelle a noi decisamente più congeniali). Per la prima volta nella storia dell’astronomia. Ma l’astrofisica gravitazionale, non ci sta risparmiando sorprese. Come a dirci, è un campo nuovo, un campo eccitante. Non lo vedete? Non mi vedete?
I dati che abbiamo, ormai lo sapete, si spiegano benissimo con la faccenda di due stelle di neutroni avviluppate in una danza inestricabile, che le porta a fondersi l’una con l’altra, in breve tempo.
Va appena ricordato che le stelle di neutroni sono già di loro cose parecchio strane, e ben poco hanno a che fare con le stelle “normali” di cui ci siamo occupati spesso. Sono fatte di materia così “pigiata” da essere pesantissima, usualmente dovute al collasso gravitazionale di una stella di massa molto elevata (dieci volte il Sole o giù di lì). La materia – in stato “degenere” è così densa che una stella di neutroni di poche decine di chilometri di diametro, può benissimo avere una massa superiore a quella del nostro Sole.
L’episodio di cui parliamo è stato registrato il giorno 17 agosto nella galassia vicina NGC 4993, una gigante ellittica distante da Terra “appena” 130 milioni di anni luce. E qui c’è qualcosa che ha cambiato le carte in tavola, facendo fare un balzo in avanti sorprendente alla neonata astrofisica gravitazionale. C’è – se vogliamo metterla così – che lo sconosciuto è venuto incontro a ciò che invece è già ben conosciuto, gli ha teso la mano, gli ha fornito nuovo valore. E hanno camminato insieme. Portandoci a scoprire nuove cose, a legare quel che si conosce con quello che si scopre, nell’evidenza solare del fatto che uno rafforza l’altro.
Detta in modo più scientifico, la cosa è questa: pochi secondi dopo la rilevazione delle onde gravitazionali da parte degli esperimenti LIGO e Virgo, il telescopio orbitante Fermi ha rilevato un treno di raggi gamma, e qualche ora dopo sia Hubble che altri osservatori hanno rilevato i fotoni dello spettro elettromagnetico, legati all’evento.
Questo video decisamente suggestivo mostra due stelle di neutroni molto calde, nei momenti finali in cui l’orbita stretta in cui sono avvinte le porta ad una cospicua emissione di onde gravitazionali, appunto quella rilevata da Terra. Nel momento della (inevitabile) completa fusione, si forma un jet assai potente che genera un lampo gamma (di quelli a durata breve). A breve distanza di tempo, si ha anche la formazione di una sorta di supernova, per la precisione chiamata kilonova.
Questa significativa coincidenza tra quel che si vede (radiazione in banda ottica) e quel che non si vede (onde gravitazionali, raggi gamma) conferma che gli eventi che “vede” LIGO possono essere associati con lampi gamma di breve durata. Gli scienziati sono portati a pensare che queste fusioni di stelle di neutroni possano aver disseminato nell’universo una buona quantità di elementi pesanti, compreso lo Iodio, necessario alla vita, ed uranio e plutonio.
E non solo. La cosa che ha molto colpito l’immaginario collettivo, in questi giorni, è che potrebbe verificarsi una produzione cospicua di un elemento ritenuto assai prezioso, ovvero l’oro. Insomma, in questo momento, proprio in questo momento, potreste portare al collo, o al dito, il risultati esatto di uno di questi eventi.
Così, tanto per arrivarci dentro, col corpo prima ancora che con il ragionamento: lo spazio profondo e il nostro cuore, il nostro esistere, i nostri stessi ornamenti con cui ci presentiamo nel mondo, sono legati a filo doppio. Siamo dunque in connessione, in mo(n)di inaspettati, con l’infinitamente energetico, con l’infinitamente lontano.
Il Nobel per la fisica, l’avrete saputo, va ai fondatori e costruttori di LIGO, lo strumento che ha reso possibile per la prima volta la rilevazione delle onde gravitazionali, queste elusive increspature dello spazio, predette dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma mai viste fino ai tempi più recenti. E che ci costringono, come molta parte della scienza moderna, a ripensare l’Universo in termini forse un po’ diversi da quelli un po’ meccanicistici, ai quali siamo abituati.
Sappiamo che si deve alla coppia di interferometri LIGO, se il 14 settebre dell’anno 2015, siamo stati in grado per la prima volta di rilevare queste infinitesimali deformazioni dello spazio tempo, aprendo finalmente una nuova finestra di indagine sull’Universo.
Il Nobel in questo senso, è altamente significativo. Sancisce indelebilmente il trionfo completo, prima di tutto, della teoria della relatività generale, corroborandone le previsioni con una precisione veramente encomiabile. E allo stesso tempo, donando inaspettata forza sia al nostro modello scientifico di Universo (fortemente plasmato sulla teoria di Einstein, appunto) sia alle ricerche più attuali su oggetti così esoterici e bizzarri come i buchi neri di massa intermedia.
La neonata astrofisica gravitazionale sta facendo rapidissimi passi avanti. E’ una scienza ancora bambina, lo sappiamo: ma vuol crescere in fretta. E riesce a farlo bene, dovremmo dire.
Lo sapete, siamo alla quarta rilevazione di un’onda gravitazionale, ormai. Correrebbe quasi il rischio di non fare notizia. Se non fosse per questi passi avanti, veramente giganteschi. Questa volta, per l’evento denominato GW170814, rilevato il giorno prima di Ferragosto, si è “mosso” anche il rilevatore Virgo, a Pisa. Cambiando radicalmente le carte in tavola, rispetto ai tre eventi precedenti a questo.
Per capirlo, una sola figura è forse più efficace di tante parole.
La zona di cielo da dove arriva l’onda.
La zona di cielo dove localizzare l’evento (nella fattispecie, la fusione di due buchi neri di massa circa pari a 35 e 25 volte il Sole, distanti circa 1,8 miliardi di anni luce) – proprio grazie all’entrata in funzione di Virgo – è decisamente più piccola, rispetto ai primi tre eventi. Iniziamo in altre parole a vederci meglio, a capire da dove vengono queste onde, a rendere possibile un aggancio e una correlazione con dati di altri strumenti, aprendo finalmente la strada alla identificazione in cielo delle sorgenti di queste onde così elusive.
Si era capito, che qualcosa era nell’aria. Era abbastanza certo, da giorni. Lavorando poi a contatto con alcuni addetti ai lavori, la sensazione che qualcosa di grosso già bollisse in pentola, era ormai troppo netta per poter essere facilmente ignorata.
Così quando si è visto che il team del progetto LIGO (in collaborazione con VIRGO) aveva indetto una conferenza stampa internazionale, dove (cito)
The international collaborators will comment on their ongoing research at their first press conference since the historic observation of gravitational waves.
quella sensazione è diventata quasi una certezza. Difatti, chi ha seguito un po’ la storia della detezione di queste elusive onde, ha imparato anche un po’ a decodificare il linguaggio estremamente prudenziale dei comunicati stampa. E soprattutto, a fare due più due con quanto “detto e non detto” tra le persone bene informate.
Così ci siamo, di nuovo. E’ arrivata da LIGO la seconda detezione di onde gravitazionali. Questa volta i modelli interpretativi, come leggerete anche dai comunicati di vari siti (ve ne sono già diversi anche in italiano, come Repubblica.it, NG Italia, La Stampa, Le Scienze, Focus…) , parlano di fusione di due buchi neri più “leggeri” rispetto all’evento del 14 settembre 2015: si parla di masse pari a 4 e 18 volte quella del Sole, mentre nel primo evento erano pari a 36 e 29, decisamente più “cicciotti”.
Al di là dei dati meramente quantitativi, quello che ci conforta e ci intriga, è che i primi passi di questa nuova branca dell’astronomia, la astronomia gravitazionale, si fanno sempre meno incerti e sempre più robusti. Proprio come un bimbo che diventa grande, e ai primi passi incerti segue una sempre maggior sicurezza nel cammino, una confidenza più grande nel percorso.
E’ veramente una nuova finestra sul cosmo, è come se avessimo aperto nuovi occhi per guardare in una “zona” dove finora mai avevamo potuto gettare lo sguardo. Ed è una zona affascinante perché ci parla di come la materia sia inestricabilmente innestata nella struttura spazio-temporale del cosmo. Di come spazio, tempo e materia siano interdipendenti e mutuamente influenzati, in un nuovo paradigma che mette definitivamente in pensione l’idea di spazio come “contenitore” e materia come “contenuto”.
Ecco: non è così (non lo è mai stato, ma ce ne accorgiamo limpidamente solo ora), e la complessità del nuovo paradigma cosmologico, anticipato dalle predizioni della relatività generale e oggi pienamente comprovato, ci esortano ad abbandonare vecchi schemi di pensiero, allargare le vele, e prendere il largo.
Ne vale la pena. Come sempre accade, appena pensavamo di “saperne abbastanza” dell’Universo, è lui stesso – potremmo dire – che ci sorprende e ci indica nuovi sentieri, inediti percorsi. E come sempre accade, il cosmo ci espone volte per volta le informazioni che siamo finalmente in grado di comprendere, in una serie di concatenazioni virtuose che dall’ambito prettamente scientifico, ci spingono (come è accaduto proprio con la relatività generale, e poi con la fisica quantistica) ad allargare e modificare, rimotivare e alleggerire, i nostri stessi schemi di pensierio. Dunque è un’onda che va ben oltre la mera percezione del dato tecnico (due buchi neri in collisione, nelle profondità del cosmo) e arriva a lambire la struttura stessa della nostra coscienza, e della sua evoluzione personale e sociale, intima e “universale”.
Questa crescente evidenza di un universo tutto interconnesso, tutto in relazione, in intima connessione, può e deve essere letta – anche e prima di tutto – come una indicazione di percorso umano, come sempre è accaduto nella scienza. Perché questo Libro della Scienza, è qui per noi, in fondo. Per chi può leggerlo e trarne degli stimoli adeguati alla comprensione di sé stesso e del mondo (ambiti che mai più che ora possiamo considerare inseparabili).
Siamo in tempi estremi, di crisi per un verso, ma di grande possibilità per un altro verso. Perché il vecchio (anche in fisica, in cosmologia) deve recedere, perché una nuova visione avanza. Per un inedito connubio tra uomo e cosmo, e tra uomo e uomo, probabilmente ancora tutto da imparare. E da gustare.
