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I BUCHI NERI

17 giugno 2016

EINSTEIN E LA RELATIVITÀ

Agli inizi del secolo scorso, Albert Einstein formula la teoria della Relatività, che va ad affiancare la teoria di gravitazione  di Isaac Newton. Per Newton la gravità crea un campo simile a quello prodotto da un magnete:  questo campo fa sì che la Terra eserciti su una mela o sulla Luna una “forza” che le attira. È un fatto normale: tutti i corpi che possiedono una massa esercitano tale forza. Einstein, invece, formula un’altra ipotesi : tutti i corpi dotati di massa, dal Sole fino a una biglia, curvano lo spazio attorno a se stessi. Per avere un’idea di ciò che significa basta pensare a una palla appoggiata su un materasso: deforma la superficie su cui poggia e scorre. Questo esempio riguarda uno spazio a due dimensioni, mentre Einstein pensava ad uno spazio a tre dimensioni:un po’ più difficile da immaginare. La Relatività generale ipotizza anche che un oggetto con densità molto elevata e con una grande massa può collassare su se stesso fino a concentrarsi in un punto a densità infinita. Quel punto è chiamato singolarità. La singolarità deforma così pesantemente lo spazio attorno a sé che neppure la luce, se vi passa sufficientemente vicino, può uscirne. Siamo così arrivati a immaginare un buco nero.

Deformazione Spazio-Tempo da parte della Terra

BUCHI NERI

La stella (ormai supernova, ovvero già esplosa) deve avere una massa davvero elevata per poi collassare su se stessa e formare così una regione di spazio che attira tutto ciò che vi si avvicina. La forza di attrazione gravitazionale di esso è immensa: qualunque cosa che gli passi troppo vicino viene catturata e vi cade dentro, senza poterne più uscire. Nemmeno un raggio di luce, che è la cosa più veloce che esista in natura, può sfuggire a questo mostro: non potendo emettere radiazioni, esso è completamente oscuro e non può essere “visto”. Da ciò deriva l’aggettivo “nero” che gli viene attribuito. Cosa succede però quando due buchi neri sono vicini? Dato che attraggono a sé tutto ciò che li circonda cominceranno ad avvicinarsi sempre più fino a fondersi l’uno con l’altro. Questa “unione” da origine a due “eventi” importanti: la creazione di un buco nero ancora più massiccio e la creazione di onde gravitazionali.

Buco Nero che risucchia una stella.

ONDE GRAVITAZIONALI

Quando due buchi neri si fondono, le loro masse si uniscono ma non sarà mai una somma perfetta, la parte “mancante” verrà trasformate in una energia diversa, quella delle onde gravitazionali che inizieranno ad espandersi verso tutto l’universo.Questo fenomeno è un’ulteriore conferma alla teoria della relatività di Einstein secondo cui la massa può trasformarsi in energia ( E=mc² ).

Buchi Neri in relazione tra loro creando onde gravitazionali

TEORIA DEI “WORMHOLE”

Un Wormhole, anche detto ponte di Einstein-Rosen o  tunnel spazio-temporale, è un passaggio nello spazio-tempo che permetterebbe di percorrere istantaneamente enormi distanze intergalattiche. Questa teoria prevede che due buchi neri riescano a deformare lo spazio-tempo a sufficienza da incontrarsi in un punto, formando cosi una specie di “ponte” di collegamento istantaneo a prescindere dalla distanza effettiva.

Due buchi neri connessi tra loro

 

 

Per approfondire cliccate sui seguenti link:

http://www.lescienze.it/argomento/buchi%20neri

http://www.treccani.it/enciclopedia/buchi-neri_(Enciclopedia-dei-ragazzi)/

http://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html

 

                                                                                         Sara Fusco

Flavio Orlando

Tirocinanti presso “La Torre del Sole”

Giugno 2016

 

Le onde gravitazionali

2 marzo 2016

L’onda gravitazionale è una deformazione della curvatura dello spaziotempo che si propaga con moto ondulatorio.

L’ esistenza delle onde gravitazionali fu prevista nel 1916 da Albert Einstein come conseguenza della sua teoria della relatività generale, ed è stata confermata sperimentalmente nel 2016.

Secondo questa teoria l’ universo sarebbe composto da una “trama” che forma lo spazio-tempo .

In presenza di un corpo, con una determinata massa, lo spazio-tempo viene deformato .

Se un secondo corpo si avvicina a questa distorsione, comincerà a “cadere” a spirale verso il centro di essa, diminuendo la propria orbita fino alla collisione con il primo corpo.

Ogni corpo che si muove genera delle increspature nello spazio-tempo che noi interpretiamo come onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali possono essere quindi considerate a tutti gli effetti una forma di radiazione gravitazionale che si propaga alla velocità della luce.

Al passaggio di un’onda gravitazionale, le distanze fra punti nello spazio tridimensionale si contraggono ed espandono ritmicamente: effetto difficile da rilevare, perché anche gli strumenti di misura della distanza subiscono la medesima deformazione e perché la precisione degli strumenti odierni ci permette di rilevare solamente onde gravitazionali di elevatissima intensità, come quelle generate dalla fusione di due buchi neri.

Introduciamo le onde gravitazionali con un’ analogia con fenomeni ondosi:

  • Un onda in un fluido crea una vibrazione, per esempio, nell’aria, il suono si propaga creando delle oscillazioni delle particelle fino a che il nostro timpano percepisce le vibrazioni e le traduce nelle varie frequenze e ci dona “il suono”.
  • Analogamente possiamo spiegare il movimento delle onde gravitazionali con un fenomeno simile, quando un corpo cade in acqua, dal punto di contatto, tra il corpo e la superficie dell’acqua, si iniziano a creare delle onde concentriche che si propagano, allontanandosi dal loro punto di origine, le onde gravitazionali si comportano allo stesso modo, allungano e accorciano i corpi (inclusi quelli che noi usiamo per le misurazioni) rendendoci ancora più impercettibile il loro passaggio.

In base alla teoria della Relatività Generale di Einstein, che le aveva già ipotizzate cento anni fa, la loro velocità coincide con la velocità della luce.

Fin dagli anni cinquanta sono stati effettuati esperimenti per rilevare le onde gravitazionali, ma gli strumenti utilizzati non avevano mai permesso di rilevare il loro debole segnale.

Ad oggi si conoscono molte possibili sorgenti osservabili di questo tipo di radiazione: sistemi binari di stelle (soprattutto quelle a neutroni), pulsar, esplosioni di supernove, buchi neri e galassie in formazione.

Per confermare l’ esistenza delle onde gravitazionali, gli scienziati si sono avvalsi principalmente di due interferometri: LIGO, composto da due rilevatori situati alle estremità orientali e occidentali dell’ America, e VIRGO nel pisano italiano.

Questi strumenti sono costituiti da due bracci gemelli, l’ uno perpendicolare all’altro, dalla lunghezza di 3-4 km nei quali, a vuoto, passano due fasci laser originati da un unico fascio diviso con uno specchio. Tramite speciali specchi è possibile far viaggiare i laser avanti e indietro all’interno del tubo in modo da allungare il tragitto fino a 300 km. Quando i due fasci si riuniscono si produce una figura d’ interferenza: come conseguenza del passaggio di un onda, il laser e tutto lo spazio-tempo nella stessa direzione vengono modificati, al contrario, il laser (e relativo spazio) perpendicolare non subisce lo stesso allungamento, questa differenza viene percepita dagli interferometri che segnalano di aver trovato “qualcosa”. Questi segnali sono tuttavia sommersi di “rumori” dovuti a fenomeni casuali non desiderati, che possono essere scambiati a prima vista per qualcosa che non sono. Per evitare ciò sono stati piazzati più rilevatori in luoghi diversi della terra in modo tale da poter confermare la validità dei dati rilevati.

È stato proprio uno di questi strumenti , in particolare il LIGO , a captare le prime onde gravitazionali inviate dalla fusione di due buchi neri rispettivamente da 36 e 29 masse solari per un totale di 62 masse solari: la massa mancante , equivalente a 3 masse solari, è stata convertita in energia sotto forma di onde gravitazionali. Novecento scienziati insieme a squadre di fisici teorici hanno da subito iniziato a calcolare forma, intensità e frequenza delle onde. Dopo una lunga e intensa fuga di notizie , l’ 11 febbraio 2016 è stata confermata l’osservazione delle onde gravitazionali. Questa scoperta permetterà agli scienziati di studiare l’ universo da una nuova prospettiva. Si potranno, infatti, rilevare i motivi della rotazione delle stelle di neutroni, le pulsazioni delle pulsar e si potrà mappare la struttura interna di esse.

Abbiamo scoperto un nuovo modo di vedere il nostro universo e con esso, abbiamo la possibilità di compiere incredibili scoperte nel futuro prossimo. Il cielo non sarà più lo stesso. Immaginate di poter percepire il mondo che ci circonda con tatto, olfatto, gusto e vista e un giorno, tutto a un tratto di iniziare a sentire: sarebbe un giorno meraviglioso. Questo è esattamente ciò che è successo agli astronomi di tutto il mondo. Da oggi potranno “sentire” l’ universo, in modo da aggiungere nuovi tasselli di conoscenza di tutto ciò che fin’ora è rimasto invisibile.

Flavio Orlando e Daniel Esposto,

studenti dell’ Istituto Giulio Natta (Bergamo),

in alternanza scuola-lavoro presso  il Parco Astronomico “La Torre Del Sole “

Vi invitiamo ad approfondire il tema sul sito LeScienze.it

Altrimenti non perdetevi la conferenza sulle Onde Gravitazionali del 4 Maggio 2016 ore 21, tenuta dal Dr. Andrea Castelli (Ph.D. – Università di Bologna), presso il Parco Astronomico La Torre del Sole di Brembate di Sopra. Per maggiori dettagli consultate il sito http://www.latorredelsole.it


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