1999, Nuovi indagini e metodi per vedere nell'universo
Posted by Gabriele Ponzoni (gabriele) on 06-17-2008 at 3:44 PM
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All'assalto dell'Universo

Repubblica — 24 maggio 1999 pagina 27
E' la nuova frontiera dell'astrofisica e della cosmologia, forse l'atto di nascita di una nuova disciplina scientifica: la ricerca e la "lettura" delle onde gravitazionali, una impresa ai limiti dell'attuale capacità scientifica e tecnica di esplorare l' Universo. E una delle sue capitali planetarie sta sorgendo proprio in Italia, a Cascina, vicino Pisa, dove è in fase di realizzazione una struttura di altissima tecnologia dedicata proprio a questo assalto ai confini della conoscenza. Si chiama Virgo ed è un gigantesco "interferometro" i cui due bracci misurano tre chilometri ciascuno, frutto della collaborazione tra l'Istituto italiano di fisica nucleare (Infn) e il Cnrs francese. Vi lavorano settanta fisici e un centinaio tra tecnici e ingegneri e dovrebbe cominciare a catturare i primi segnali cosmici all'inizio del nuovo millennio, nel 2001. E' il punto di partenza di una inedita strada nell'esplorazione del Cosmo. Fino ad oggi l'Universo ci "parla" quasi esclusivamente nella lingua della radiazione elettromagnetica, che è poi il linguaggio per il quale la natura ha costruito quasi tutto il sistema percettivo dei nostri corpi (e che finora è alla base della maggior parte dei nostri strumenti), e che ha rappresentato la finestra attraverso la quale astronomia e astrofisica hanno esplorato le profondità - nello spazio e nel tempo - del cosmo: la radiazione visibile, quelle X, ultraviolette e nell'ultrarosso e le onde radio. Ma la gravitazione è la lingua-madre dell'Universo, la forza più potente - e al tempo stesso la più tenue - tra quelle che "tengono insieme il mondo". Nel 1916 Einstein mandò in soffitta la "magica" azione a distanza newtoniana che determinava i moti e le orbite degli oggetti celesti: nelle equazioni della relatività generale la gravitazione divenne la struttura dello spazio-tempo a quattro dimensioni, incurvata dalla presenza di masse, come un lenzuolo teso sul quale vengano deposti oggetti pesanti. E quando in quello spazio modellato da stelle, pianeti, galassie un oggetto "pesante" va incontro a qualche violenta perturbazione, lo spazio-tempo vibra, proprio come la superficie di uno stagno quando vi cade un sasso, trasmette delle onde: le onde gravitazionali appunto. "In pratica", spiega Alessandro Pascolini, dell'Istituto nazionale di fisica nucleare, fisico teorico dell'Università di Padova, "delle oscillazioni dello spazio-tempo emesse da masse accelerate in modo asimmetrico, che viaggiano alla velocità della luce". Perturbazioni insomma dell'olimpico lenzuolo dello spazio, cariche di informazioni sui processi stellari, sulle gigantesche catastrofi che si verificano nel Cosmo quando, ad esempio, una stella di grande massa esplode divenendo una supernova, o si contrae in una stella di neutroni, dove un cucchiaino di materia pesa quanto una montagna terrestre, o quando un inarrestabile collasso gravitazionale fa nascere un buco nero, o ancora quando due stelle di neutroni - che in un raggio minuscolo racchiudono più massa del nostro sole - cominciano a ruotare vorticosamente una attorno all'altra. Le invisibili onde gravitazionali provocate da questi cataclismi cosmici attraversano l'Universo, modificando quasi impercettibilmente, ove passano, la struttura dello spazio-tempo, trasportando con sé il racconto degli eventi che le hanno generate, ma con essi anche le storie dell'origine del Cosmo, della sua evoluzione, della sua forma e del suo futuro. "Da oltre trent'anni", prosegue Pascolini, "l'astrofisica ha raggiunto la certezza dell'esistenza delle onde gravitazionali previste dalla teoria della relatività: quando, nel 1974, venne scoperto un sistema di due stelle "pulsanti" (in gergo tecnico, "pulsar") nella costellazione dell'Aquila, a 15mila anni luce da noi, due oggetti di enorme massa (quasi una volta e mezzo il nostro Sole) ma di piccolo raggio in rapidissima rotazione l' una attorno all' altra. Decenni di osservazioni e misure in radioastronomia hanno dimostrato che il sistema sta perdendo energia proprio al tasso previsto dalla relatività generale: che insomma è una "fontana" di onde gravitazionali". Le onde gravitazionali, quindi, esistono fuori da ogni dubbio: la difficoltà è catturarle. Ci prova da anni una agguerrita comunità di fisici (pionieri, in Italia ed Europa, sono stati Edoardo Amaldi e Guido Pizzella), utilizzando particolari tipi di "antenne", barre cilindriche risonanti, isolate con complicati accorgimenti tecnici per "depurarle" dai rumori di fondo, sia quelli sismici della crosta terrestre sia quelli di natura antropica. "Ma ancora troppo poco sensibili, e su una gamma di frequenze troppo limitata per captare i debolissimi segnali delle onde gravitazionali", dice uno dei fisici che lavorano al progetto Virgo, a Pisa, Giovanni Losurdo, dell' Infn. "Per questo è nata l' interferometria laser, che è alla base, appunto, di Virgo, che prende nome dall'ammasso della Vergine, una "folla" di circa mille galassie nella quale si dovrebbero forse verificare una cinquantina di "catastrofi" stellari all' anno, ed essere quindi una "miniera" di onde gravitazionali". Virgo consisterà in due tubi a vuoto collocati ortogonalmente, del diametro di cinque metri, lunghi tre chilometri ognuno, dotati di sofisticati sistemi di specchi - sospesi a una torre di "attenuatori" per eliminare il "rumore" sismico - che riflettono parecchie decine di volte un fascio laser prima di convogliarlo verso i rivelatori: lo "sfasamento" di lunghezza tra i due fasci laser registrerà il lievissimo segnale dovuto all'arrivo di un' onda gravitazionale. "Consentirà", spiega Losurdo, "di individuare su una certa gamma di frequenze le onde emesse da grandi masse che si muovono ad alta velocità, dalle supernove ai buchi neri in formazione: in futuro segnerà la nascita di una vera e propria astronomia delle onde gravitazionali, complementare a quella ottica: i rivelatori interferometrici come veri e propri telescopi". E' un terreno su cui si è accesa la competizione internazionale (anche se l' obiettivo dichiarato è di creare una rete mondiale interconnessa tra tutti i vari centri di ricerca): "La prima registrazione di un' onda gravitazionale, di cui si hanno finora solo prove indirette, sarà roba da premio Nobel", commenta un astronomo "tradizionale". Naturalmente, su questo terreno si sono già lanciati gli Stati Uniti, dove è in fase di completamento lo strumento più grande (basato sugli stessi principi di Virgo), chiamato Ligo, con "bracci" di quattro chilometri ciascuno. Ma ci sono anche i tedeschi (con Geo-600, nei pressi di Hannover) e i giapponesi, con Tama- 300 nei sobborghi di Tokio: si tratta però di strumenti più piccoli (seicento e trecento metri). I due "giganti" restano l'americano Ligo e l' italo-francese Virgo. Sarà uno di questi, probabilmente, a registrare per la prima volta l' arrivo di questi "messaggeri" invisibili, col loro carico di informazioni sul Cosmo. Cambieranno in qualche modo la nostra immagine dell'Universo e della sua storia? Per i sostenitori della teoria delle "supercorde", che ipotizzano una storia dell'Universo più antica del Big Bang, certamente sì: "Le onde gravitazionali", dice Gabriele Veneziano, del Cern di Ginevra, "potrebbero portarci le prove "fossili" dei processi che hanno forse preceduto il Big Bang: dei quali dovrebbe rimanere traccia in un fondo cosmico di onde gravitazionali". E Maurizio Gasperini, dell' Università di Torino, osserva: "Ci consentirebbero di scegliere per la prima volta sulla base di dati sperimentali tra i diversi modelli su origine e storia dell'Universo". In attesa, nella piana di Cascina Virgo comincia a stendere le sue braccia chilometriche, preparandosi a catturare i nuovi, sfuggenti segnali del Cosmo.
di FRANCO PRATTICO