LIGO, speculazioni su una presunta ‘scoperta’

Questi sono giorni abbastanza caldi, si fa per dire, perchè ci stiamo avvicinando al D-Day. Infatti, il prossimo giovedì 11 Febbraio potrebbe segnare una data significativa nella storia della scienza poichè i ricercartori che lavorano all’esperimento Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) potrebbero annunciare una grande notizia: stiamo parlando della rivelazione sperimentale delle onde gravitazionali, una delle predizioni più spettacolari della teoria della relatività generale

Ma facciamo un po’ d’ordine. Tutto inizia il 25 Settembre 2015 con un tweet del cosmologo Lawrence Krauss che riporta alcune “voci di corridoio” secondo cui circa una settimana dopo la sua riapertura il più grande osservatotorio terrestre per lo studio delle onde gravitazionali, per l’appunto LIGO, avrebbe rivelato un segnale interessante. Questa “pseudo-notizia” inizia a circolare nell’ambito della comunità dei fisici per almeno una settimana. Se fosse vera, cioè se il segnale visto da LIGO fosse davvero riconducibile ad un’onda gravitazionale, allora si confermerebbe una delle più elusive e spettacolari predizioni della teoria della relatività generale, quasi esattamente un secolo dopo che Albert Einstein per primo la propose. Le onde gravitazionali sono delle “increspature” o “distorsioni” nella curvatura dello spaziotempo che si propagano come delle vere e proprie onde, a partire dalla sorgente da cui vengono emesse, e trasportano teoricamente energia sottoforma di radiazione gravitazionale. Le sorgenti che possono emettere in maniera significativa onde gravitazionali sono i sistemi stellari binari composti da nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri. Quando le due componenti stellari si muovono a spirale seguendo orbite strette, l’emissione di onde gravitazionali diventa sempre più intensa finchè si arriva alla fusione delle due componenti (merger) [arXiv1; arXiv2]. A un certo punto, l’intensità della radiazione gravitazionale diventa così forte che risulta possibile rivelare direttamente il loro effetto su oggetti posti a terra o nello spazio: è proprio questa rivelazione diretta lo scopo principale di alcuni esperimenti, costruiti su enormi spazi, come appunto LIGO.

Il seguente video mostra una simulazione di due stelle di neutroni che orbitano l’una attorno all’altra, producendo onde gravitazionali, fino ad arrivare alla fusione finale. Credit: NASA/CXC/GSFC/T.Strohmayer

Le onde gravitazionali sono difficili da rivelare. In tal senso, la difficoltà principale è che la maggior parte dei sistemi binari si trovano a grandi distanze: ad esempio, nel caso del sistema binario Hulse-Taylor, il primo caso che ha suggerito indirettamente l’esistenza delle onde gravitazionali, si calcola che l’ampiezza delle onde misurate a terra sia dell’ordine di h ≈ 10⁻²⁶, anche se ci sono dei casi per cui gli astrofisici si aspettano un valore almeno sei ordini di grandezza superiore. Da qui la necessità di avere rivelatori estremamente sensibili dato che altre sorgenti spurie possono disturbare il segnale. In generale, gli scienziati si aspettano di rivelare dei segnali associati alle onde gravitazionali nell’intervallo di frequenze 10⁻¹⁶ Hz < f < 10⁴ Hz, come mostrato nella seguente figura.

Lo spettro delle onde gravitazionali, con le sorgenti e i rispettivi rivelatori. Credit: NASA Goddard Space Flight Center

Torniamo alla presunta “notizia”. I fisici che lavorano all’esperimento LIGO non hanno confermato nè smentito le suddette “voci di corridoio”. Secondo quanto è stato riportato da Gabriela González della Lousiana State University e portavoce dell’esperimento, durante questi ultimi mesi i dati raccolti dall’interferometro sono stati accuratamente analizzati. Si dice che la stessa portavoce sia stata contrariata della possibilità che qualcuno nel gruppo dei ricercatori si sia lasciato sfuggire delle notizie, anche se lo stesso Krauss e altri ricercatori affermano che non hanno avuto questa “soffiata” direttamente dai membri di LIGO. Inoltre, assumendo che LIGO abbia registrato dei dati promettenti, essi potrebbero essere il risultato di un “falso segnale” introdotto appositamente nei rivelatori per allenare, per così dire, il team che si occupa dell’analisi dei dati. In questa fase, comunque, solamente tre persone sarebbero a conoscenza della verità e rivelerebbero i risultati una volta presa la decisione di pubblicare un articolo. A tal proposito è stata annunciata una conferenza stampa a Washington DC questo giovedì 11 Febbraio alle ore 10:40 locali, (15:40 GMT) durante la quale la collaborazione scientifica LIGO dovrebbe annunciare i propri risultati.

Un esempio di segnale, detto chirp, proveniente da una sorgente di onde gravitazionali che si muove a spirale. Credit: A. Stuver/LIGO

Insomma, LIGO potrebbe aver individuato un segnale. Ma di che cosa si tratterebbe? Un evento astrofisico come la collisione di due buchi neri potrebbe produrre un segnale significativo e inequivocabile associato alla propagazione di onde gravitazionali, ad esempio, nel caso in cui fosse accaduto in una galassia abbastanza vicina alla Via Lattea. Ciò è particolarmente vero per quel tipo di segnali che gli scienziati chiamato tecnicamente “chirp”: stiamo parlando di un’onda sinusoidale “pulita” che diventa più alta nel tono e più forte man mano che passa il tempo, un fatto che ricorda il suono di certi uccelli [ascolta il suono]. Questi segnali rappresentano la “impronta digitale” di due stelle di neutroni o di due buchi neri mentre orbitano l’uno attorno all’altro, emettendo durante il processo onde gravitazionali. Nelle fasi finali di questa sorta di “danza stellare”, le onde superano la soglia di tono di 10 Hertz che lo strumento LIGO è in grado di rivelare. Ma c’è un altro scenario da considerare e cioè che i ricercatori abbiano osservato un falso segnale introdotto appositamente nei rivelatori.

Tuttavia, le “voci di corridoio” insisterebbero sul fatto che LIGO avrebbe rivelato un segnale relativo alle fasi finali del merger di due buchi neri.

Ma c’è di più: una email finita su Twitter conterrebbe delle informazioni più dettagliate. L’autore, Clifford Burgess un fisico teorico della McMaster University a Hamilton, Canada, e del Perimeter Institute for Theoretical Physics a Waterloo, dichiara di aver ricevuto queste informazioni più precise da persone che avrebbero sbirciato la bozza dell’articolo, che dovrebbe essere pubblicato su Nature questo giovedì 11 Febbraio. Dunque, i ricercatori avrebbero rivelato il segnale della fusione di due buchi neri, di 29 e 36 masse solari iniziali, che avrebbe poi dato origine a un buco nero più massivo di 62 masse solari. La significatività statistica del presunto segnale, apparentemente spettacolare, sarebbe piuttosto elevata, addirittura supererebbe i 5 sigma (5.1 sigma per la precisione), che secondo gli standard della fisica rappresenta una chiara evidenza di un segnale abbastanza forte per parlare di scoperta. Non solo, ma LIGO, che consiste di due giganteschi strumenti ottici attraverso i quali i fisici tentano di catturare quasi una infinitesima perturbazione dello spazio causata dal passaggio di un’onda gravitazionale, avrebbe rivelato la fusione dei due buchi neri registrando il giusto ritardo tra i due rivelatori, così come ci si aspetta . L’obiettivo principale di LIGO è lo studio del merger di due stelle di neutroni. Ad ogni modo, secondo Marc Kamionkowski, un teorico alla Johns Hopkins University a Baltimora, il segnale della fusione di due buchi neri, che sono oggetti più massivi, potrebbe rivelarsi più forte, persino da una distanza più grande. Secondo altre “voci”, però, LIGO avrebbe osservato più di una sorgente.

Naturalmente, queste rimangono solamente delle speculazioni finchè il gruppo di ricercatori non annuncerà i risultati così come previsto questa settimana durante una conferenza stampa che si terrà a Washington DC. Insomma, quello di giovedì prossimo potrebbe essere certamente un grande evento. Non ci rimane altro che attendere quella data.