Coelum Astronomia 198 - 2016 - Page 55

messo in vibrazione dal passaggio di onde gravitazionali. Però la caccia alle onde gravitazionali era cominciata!

Insieme ai gruppi di Stanford e della Louisiana, l'Italia entrò in questa ricerca da subito. Nel nostro Paese i primi esperimenti cominciarono nel 1970, con il gruppo romano di Edoardo Amaldi e Guido Pizzella, che decisero di realizzare un rivelatore risonante (analogo a quello di Weber), ma tenuto a bassissime temperature. Ciò contribuiva a ridurre notevolmente il rumore di fondo dovuto alle variazioni termiche: la vibrazione che si voleva rivelare era infatti dell'ordine di un miliardesimo di miliardesimo di metro.

Se l’osservazione diretta delle onde gravitazionali era condotta ancora con strumenti del tutto insufficienti per raggiungere lo scopo, la prima prova indiretta della loro esistenza si ebbe nel 1974 (vedi box di approfondimento). Joseph Taylor e un suo studente, Russell Hulse, osservarono l’evoluzione di un sistema doppio, costituito da due stelle di neutroni in rapida rotazione. Notarono che la loro orbita si stava restringendo e avrebbe portato i due corpi celesti sempre più vicini, fino a fondersi. Chi stava

La prima osservazione indiretta delle onde gravitazionali

di Andrea Addobbati - Tratto da Coelum n.66 - 2003

Il primo indizio dell’esistenza delle onde gravitazionali, seppur ottenuto indirettamente, si ebbe nel 1974 per opera dei due scienziati Joseph Taylor e Russel Hulse (nell’immagine sotto) che per primi riuscirono a misurare gli effetti di tale fenomeno. Il soggetto osservato, grazie al grande radiotelescopio di Arecibo, era il sistema binario PSR 1913+16, formato probabilmente da due stelle a neutroni che ruotano l’una intorno l’altra.

Il sistema binario è formato da una pulsar che mostra un periodo di rotazione di 59 millisecondi (circa 17 rotazioni al secondo), e probabilmente da un’altra stella a neutroni di massa molto simile (circa 1,4 masse solari). Le due stelle ruotano intorno a un baricentro comune con un periodo di 7,75 ore, secondo un’orbita ellittica che li porta all’afastro a una distanza di 3,1 milioni di chilometri e di 0,75 milioni al periastro.

Questa è la sequenza logico-temporale che ha portato alla conferma indiretta:

1) Una delle stelle è una pulsar che, a causa della sua rapidissima rotazione, emette un segnale

radio molto regolare, misurabile da terra. Il segnale, cambiando frequenza a causa dell’effetto Doppler indotto dalla variazione di velocità della pulsar durante la percorrenza dell’orbita, rende poi possibile determinare il periodo orbitale del sistema binario (un procedimento simile a quello che consente di determinare il periodo dei pianeti extrasolari).

2) Secondo la relatività generale il moto di due masse, in un sistema binario semplice, dovrebbe

produrre un’emissione di onde gravitazionali la cui ampiezza sarà direttamente proporzionale alle masse interessate e inversamente al periodo orbitale: quanto più grandi le masse e quanto

più breve il periodo, tanto più forte l’emissione di onde.

3) L’emissione di onde si traduce in una perdita di energia

per il sistema, il quale, per questo motivo, tenderà a chiudersi gradualmente. Nello stesso tempo, avvicinandosi tra loro le masse, per la terza legge di Keplero, dovrà ovviamente decrescere anche il periodo orbitale. Nel caso in esame, i due oggetti tendono a ridurre la distanza di circa 4 metri ogni anno e a diminuire il loro periodo orbitale di 0,0000765 secondi ogni anno.

4) Con un’osservazione durata circa un ventennio, Taylor e

Hulse riescono a misurare il ritmo di riduzione del periodo orbitale e quindi, indirettamente, il ritmo di emissione di onde gravitazionali: una scoperta che è valsa loro il premio Nobel per la Fisica nel 1993.

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