Secondo la teoria della Relatività Generale di Einstein, finora verificata al 99,98%, le onde gravitazionali sono perturbazioni dello spazio-tempo che si propagano alla velocità della luce, e che sono generate da grandi masse di materia che si muovono con una forte accelerazione.

Per esempio, consideriamo lo spazio-tempo come un grande telo elastico teso e quindi piatto (perciò come se avesse due sole dimensioni, e potesse incurvarsi in una terza); se mettiamo due palline molto pesanti e compattate sul telo (che quindi si incurverà sotto il loro peso) dando loro un'accelerazione in maniera che ruotino una intorno all'altra, questa rotazione produce delle increspature sul telo (come le onde sulla superficie di un lago) che viaggiano allontanandosi dalle due palline che le hanno prodotte. La stessa cosa avviene nello spazio, per esempio con due "oggetti compatti" (cioè che hanno una massa molto grande concentrata in uno spazio molto piccolo) che ruotano uno attorno all'altro (per esempio, nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri).

Attualmente non si è ancora riusciti a individuare queste onde direttamente, anche se c'è stata tutta una serie di osservazioni indirette. Per questo, fisici di tutto il mondo sono all'inseguimento delle onde gravitazionali, che rappresentano quasi un "Sacro Graal" della fisica e la cui osservazione diretta confermerebbe ulteriormente la teoria di Einstein, fornendo anche utilissime informazioni su vari fenomeni.

Sono diversi gli strumenti con i quali si cercano le onde gravitazionali: dal satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), lanciato nel 2009, che dovrebbe trovare le tracce delle onde gravitazionali primordiali generate dal Big Bang, ai due interferometri VIRGO e LIGO*, che si trovano sulla Terra e con i quali si possono individuare onde gravitazionali passanti nell'Universo vicino a noi (tale passaggio è un evento piuttosto raro, però), a LISA, interferometro spaziale dell'ESA e della NASA che andrà nello spazio tra una decina d'anni e che potrà individuare onde gravitazionali prodotte da collisioni di buchi neri supermassivi.

Infatti le onde gravitazionali possono essere generate da questo tipo di eventi, così come per esempio, come si diceva, dal moto accelerato di due nane bianche o di due stelle di neutroni (rotanti una intorno all'altra, che alla fine precipiteranno l'una verso l'altra fondendosi e provocando onde intensissime), dall'esplosione di supernovae e dalla formazione di buchi neri di massa stellare (cioè molto più piccoli di quelli supermassivi).

Un altro modo per cercare di individuare queste onde, in particolare quelle a bassa frequenza prodotte nelle fasi iniziali dell'Universo dal fondersi tra loro di buchi neri supermassivi, sfrutta le pulsar presenti nella nostra galassia. Di queste si seleziona un campione con particolari caratteristiche (che formi una "rete" di pulsar, chiamata PTA, Pulsar Timing Array), costituito cioè da pulsar distribuite nello spazio intorno a noi in maniera casuale, che mandino impulsi radio intensi e tali che il ritmo con cui questi impulsi giungono a noi sia costante con un'altissima precisione. Infatti in questo modo se un'onda gravitazionale passa nella nostra galassia, tutte queste pulsar ne verranno influenzate allo stesso modo, e dunque il ritmo con cui i loro impulsi arrivano a noi cambierà nella stessa maniera, segnalandoci il passaggio dell'onda.

*Si tratta di strumenti a forma di L (costituiti da due bracci lunghi chilometri disposti ad angolo retto), con un sistema di specchi, i quali riflettono dei raggi laser centinaia di volte; in questi strumenti viene individuata la piccola variazione di distanza tra gli specchi causata dal passaggio dell'onda gravitazionale.

Nell'immagine in alto: raffigurazione artistica di onde gravitazionali prodotte da due buchi neri rotanti uno intorno all'altro. Crediti: T. Carnahan (NASA GSFC)

Nell'immagine qui sotto: due nane bianche che ruotano una intorno all'altra e alla fine collidono con una forte emissione di onde gravitazionali. Crediti: NASA/Dana Berry, Sky Works Digital

Nell'immagine qui sotto: rete di pulsar adatta all'individuazione di onde gravitazionali a bassa frequenza (Pulsar Timing Array). Crediti: NANOGrav

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