Coelum Astronomia 198 - 2016 - Page 56

togliendo energia a un sistema che avrebbe dovuto essere stabile? Proprio le onde gravitazionali. La loro intensa emissione in quelle circostanze tanto estreme stava letteralmente strappando al sistema l’energia che lo teneva in equilibrio. Il tasso di perdita di energia era in perfetto accordo con la teoria di Einstein. Per la prima volta, quindi, c’erano delle prove sperimentali: il grande genio, probabilmente, aveva ragione anche questa volta.

La scoperta valse ai due astrofisici il premio Nobel nel 1993 e aprì di fatto la più grande caccia a un fenomeno fisico mai vista nell’era moderna.

A metà degli anni ‛80, da un’idea dell’italiano Adalberto Giazotto, erano cominciati in parallelo due nuovi progetti, che puntavano alla rivelazione delle onde gravitazionali tramite una tecnologia completamente diversa rispetto a quella impiegata nel passato: l'interferometria laser.

Il primo, grosso, interferometro laser dedicato alla ricerca delle onde gravitazionali fu LIGO, la cui costruzione fu approvata nel 1990, terminata nel 1999 e reso operativo dal 2001.

Seguì l’esperimento italo-francese VIRGO, completato nel 2003. Entrambi gli esperimenti furono accolti con freddezza o vera e propria ostilità dalla maggioranza della comunità scientifica estranea al campo di ricerca sulle onde gravitazionali, lamentando un grande investimento di risorse in progetti che con ogni probabilità avrebbero fallito nel loro lavoro. E così, puntualmente, è stato.

I successivi 10 anni hanno rappresentato probabilmente il periodo più duro della ricerca delle onde gravitazionali, con macchinari da centinaia di milioni di euro che non erano abbastanza sensibili per raggiungere lo scopo per il quale erano stati costruiti. Le strade possibili erano quindi due: abbandonare tutto con la certezza di aver fallito o continuare e potenziare gli esperimenti sperando di riuscire a raggiungere la soglia di rivelazione. Se siamo qui a parlare della prima, storica, rivelazione, sappiamo come sono andate le cose, ma nel periodo della più grande crisi economica mondiale della nostra storia l’esito non era affatto scontato.

Ne fece ad esempio le spese l’ambiziosissima missione LISA, una collaborazione tra NASA ed ESA, che doveva essere lanciata nel 2017. La missione prevedeva la messa in opera di una formazione di tre satelliti distanziati da 5 milioni di chilometri, ognuno dei quali avrebbe lanciato un fascio laser verso un altro satellite della formazione, costituendo così un enorme interferometro spaziale. Ora la missione, rinominata eLISA, dopo che la NASA si è ritirata per motivi economici, viene condotta principalmente da ESA e sarà composta sempre da tre satelliti ma distanziati da 1 milione di chilometri.

Attualmente la missione è nelle fasi iniziali di test per valutarne la fattibilità tecnica (nel dicembre 2015 è iniziata la missione "apripista" LISA Pathfinder, vedi articolo “Il futuro: LISA Pathfinder e eLISA”) e non si sa ancora con certezza quando e se verrà lanciata.

Il momento più basso nella corsa alle onde gravitazionali arrivò nel 2014 sotto forma di una delle armi più subdole puntate contro ogni scienziato sperimentale: una straordinaria illusione. L'esperimento Bicep 2, dedicato allo studio delle proprietà della radiazione cosmica di fondo emessa dall’Universo circa 400 mila anni dopo la sua nascita, sembrò aver rivelato le impronte delle onde gravitazionali emesse niente meno che dal Big Bang stesso, distribuite in un fondo che permea tutto il cielo, proprio come la radiazione cosmica. Pochi mesi dopo tuttavia si scoprì che le conclusioni erano sbagliate: si trattava di un grande abbaglio! Le tracce lasciate sulla radiazione cosmica di fondo erano reali ma non erano causate dalle onde gravitazionali primordiali, piuttosto dalle minuscole particelle di polveri presenti nella nostra galassia.

Il resto è una storia tanto recente da chiamarsi cronaca: i più grandi interferometri terrestri LIGO e VIRGO hanno superato il lungo periodo critico e sono stati migliorati in sensibilità. Il primo a concludere i lavori, nel settembre 2015, è stato LIGO che quindi si è aggiudicato, con merito, quella che viene senza dubbio considerata la scoperta del decennio, se non addirittura del secolo.

Nella base Amundsen-Scott, in Antartide, è presente un complesso di radiotelescopi il cui compito è quello di mappare la radiazione cosmica di fondo in un'area attorno al Polo Sud Celeste. La scelta di installare strumenti sofisticati in un luogo così ostile è motivata dal fatto che le osservazioni a lunghezze d'onda millimetriche e sub-millimetriche richiedono grande stabilità nell'atmosfera per la rilevazione di segnali puri da parte dei ricevitori bolometrici (operanti a più lunghezze d'onda), che devono quindi recepire segnali radio il meno contaminati possibile.

Il Polo Sud, situato su un altipiano a 2800 m di quota, è caratterizzato da una pressione media – 675 millibar nell'inverno australe – ideale per la stabilità atmosferica; inoltre, la bassa temperatura riduce il contenuto di vapore acqueo dell'atmosfera, oltre che le emissioni spurie e le fluttuazioni di luminosità.

Esattamente al centro di una di queste antenne paraboloidi installate al Polo Sud è presente un piccolo telescopio a lenti da 26 cm di diametro e campo di vista di 17°, al cui fuoco venne applicato BICEP-2 (acronimo di Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), una matrice di 512 sofisticati sensori che lavoravano in parallelo al radiotelescopio, capaci di una risoluzione angolare di 31,2' alla frequenza di 150 Ghz. Il compito di questo strumento, operativo dal 2010 al 2012, era quello di rilevare un particolare tipo di polarizzazione nella radiazione cosmica di fondo noto come “modalità B”.

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