Per quasi 100 anni, gli scienziati hanno cercato prove dirette dell'esistenza delle onde di gravità deboli increspature nel tessuto dello spaziotempo previsto nella teoria della relatività generale di Albert Einsteins. Oggi, la caccia alle onde di gravità è diventata uno sforzo mondiale che coinvolge centinaia di scienziati. Numerose strutture terrestri di grandi dimensioni sono state sviluppate in Europa, negli Stati Uniti e in Giappone, ma la ricerca più sofisticata di tutte avrà presto luogo nello spazio.
Parlando martedì 5 aprile al RAS National Astronomy Meeting di Birmingham, il professor Mike Cruise descriverà un progetto congiunto ESA-NASA chiamato LISA (Laser Interferometric Space Antenna). Previsto per il lancio nel 2012, LISA comprenderà tre veicoli spaziali che volano in formazione attorno al Sole, rendendolo il più grande strumento scientifico mai messo in orbita.
Ci si aspetta che la LISA fornisca le migliori possibilità di successo nella ricerca delle onde di gravità emozionanti a bassa frequenza, ha affermato il professor Cruise. Tuttavia, la missione è una delle sfide tecnologiche più complesse mai intraprese. Secondo la teoria di Einstein, le onde di gravità sono causate dal movimento di grandi masse (ad esempio stelle di neutroni o buchi neri) nell'Universo. L'influenza gravitazionale tra oggetti distanti cambia mentre le masse si muovono, allo stesso modo in cui le cariche elettriche in movimento creano le onde elettromagnetiche che possono essere rilevate da apparecchi radio e TV.
Nel caso di una particella atomica molto leggera come l'elettrone, il movimento può essere molto veloce, generando onde a una vasta gamma di frequenze, inclusi gli effetti che chiamiamo luce e raggi X. Poiché gli oggetti che generano onde di gravità sono molto più grandi e più massicci degli elettroni, gli scienziati si aspettano di rilevare onde di frequenza molto più basse con periodi che vanno da frazioni di secondo a diverse ore.
Le onde sono davvero molto deboli. Si rivelano come un allungamento e una contrazione alternati della distanza tra le masse di prova che sono sospese in un modo che consente loro di muoversi. Se due di queste masse di prova fossero distanti un metro, allora le onde di gravità della forza attualmente richiesta cambieranno la loro separazione di solo 10e-22 di un metro, o di un decimilionesimo di milionesimo di milionesimo di milionesimo di metro.
Questo cambiamento nella separazione è così piccolo che impedire alle masse di prova di essere disturbate dall'effetto gravitazionale degli oggetti locali e dal rumore sismico o dal tremore della Terra stessa, è un vero problema che limita la sensibilità dei rivelatori. Poiché la lunghezza di ciascun metro nella distanza tra le masse di prova genera separatamente i piccoli cambiamenti ricercati, aumentando la lunghezza della separazione tra le masse si ottiene un cambiamento complessivo maggiore che potrebbe essere rilevato. Di conseguenza, i rilevatori di onde gravitazionali sono realizzati il più grande possibile.
Gli attuali rilevatori terrestri coprono distanze di alcuni chilometri e dovrebbero essere in grado di misurare i periodi di millisecondi di oggetti a rotazione rapida come stelle di neutroni lasciati dalle esplosioni stellari o le collisioni tra oggetti nel nostro quartiere galattico locale. Vi è, tuttavia, un forte interesse nel costruire rivelatori per cercare le collisioni tra enormi buchi neri che si verificano durante le fusioni di galassie complete. Questi eventi violenti genererebbero segnali con frequenze molto basse, troppo basse per essere osservate al di sopra del rumore sismico casuale della Terra.
La risposta è andare nello spazio, lontano da tali disturbi. Nel caso di LISA, i tre veicoli spaziali voleranno in formazione, a 5 milioni di chilometri di distanza. I raggi laser che viaggiano tra di loro misureranno i cambiamenti nella separazione causati dalle onde di gravità con una precisione di circa 10 picometri (centomilionesimo di milionesimo di metro). Poiché le masse di prova su ciascun veicolo spaziale dovranno essere protette da vari disturbi causati da particelle cariche nello spazio, devono essere alloggiate in una camera a vuoto nel veicolo spaziale. La precisione richiesta è 1.000 volte più impegnativa di quanto non sia mai stata raggiunta nello spazio prima e quindi l'ESA sta preparando un volo di prova del sistema di misurazione laser in una missione chiamata LISA Pathfinder, che dovrebbe essere lanciata nel 2008.
Gli scienziati dell'Università di Birmingham, dell'Università di Glasgow e dell'Imperial College di Londra stanno attualmente preparando la strumentazione per LISA Pathfinder in collaborazione con ESA e colleghi in Germania, Italia, Olanda, Francia, Spagna e Svizzera. Quando la LISA opera in orbita, ci aspettiamo di osservare l'Universo attraverso la nuova finestra offerta dalle onde gravitazionali, ha affermato Cruise. Oltre alle stelle di neutroni e ai enormi buchi neri, potremmo essere in grado di rilevare gli echi del Big Bang dalle onde di gravità emesse minuscole frazioni di secondo dopo l'evento che ha iniziato il nostro Universo sulla sua attuale evoluzione.
Fonte originale: RAS News Release
