Scoperto un oggetto “impossibile” grazie all’interferometro di Michelson: l’universo continua a stupirci

Grazie all’elaborazione dei dati ricevuti dallo spazio, dati assimilabili ad onde gravitazionali, è stato possibile scoprire l’esistenza di qualcosa sul quale si era solo teorizzato. Come si è arrivati ad una scoperta così affascinante? Quali tecnologie sono state utilizzate?

Una rappresentazione ipotetica dell’oggetto impossibile (lesechos.fr)

La scienza non smette di stupirci e fa nuovamente un passo avanti nella ricerca e lo studio dell’impossibile. Come riporta la rivista Focus, infatti, recentemente è stato possibile constatare l’esistenza di un oggetto con una massa che si trova a metà tra la massa di un buco nero e quella di una stella di neutroni. Un fatto straordinario per gli scienziati che, fino a poco tempo fa, avevano solo teorizzato questi tipi di oggetti e che non credevano fossero possibili. Tutto ciò è stato captato da due rilevatori che sono strutturati tutti come l’interferometro di Michelson, il quale in realtà è costituito da semplici specchi.

Onde gravitazionali (ilmessaggero.it)

L’evento

La collaborazione tra i due osservatori VIRGO e LIGO porta ancora una volta a delle scoperte interessanti. Questa volta ci si è spinti oltre l’impossibile poiché si è riusciti ad analizzare onde gravitazionali provenienti da veramente molto lontano. Rispetto all’evento astronomico meglio documentato, GW170817 che è stata la coalescenza tra stelle di neutroni, questa volta ci troviamo 6 volte più lontani quindi è stato ancora più difficile poter osservare il fenomeno e documentarlo al meglio. Ciò che è stato captato è il segnale di un oggetto ibrido, ancora non identificato, che potrebbe essere sia un buco nero che una stella di neutroni. Questo evento, soprannominato GW190814, è la svolta per quanto concerne la scoperta e lo studio di eventi come la fine di una stella. Infatti, dopo questo avvenimento, gli scienziati dovranno rielaborare le loro teorie sulla suddivisione e caratterizzazione di questi oggetti dalle masse così enormi ed inimmaginabili dato che è la prima volta nella storia che si incappa in un oggetto del genere.

Lo studio e la scoperta

I due osservatori (VIRGO e LIGO), sparsi un po’ in tutto il mondo, sono riusciti quindi a captare e ad analizzare informazioni provenienti da un oggetto che si pensava fosse impossibile da trovare. Le onde gravitazionali sono vere e proprie radiazioni che si originano a seguito di un cambiamento nello spaziotempo, originato per esempio dalla fine di una stella. Quando una stella, come può essere il Sole, si ‘spegne’ può dare origine a due diverse tipologie di oggetto a seconda della massa che essa ha. Se inizialmente l’astro ha una massa molto elevata, darà probabilmente origine ad un buco nero mentre se è più leggera darà origine ad una stella di neutroni. Esiste infatti una scala, basata sulla massa del nostro Sole, che ci dice che una stella di neutroni non potrà mai essere più grande di 2,5 masse solari mentre se si tratta di un buco nero deve avere una massa pari almeno a 5 masse solari. Si è sempre creduto che la suddivisione non fosse solo tra le due opzioni appena citate ma che ci fosse anche una terza opzione, la via di mezzo, che raccogliesse quegli oggetti che hanno una massa che spazia dalle 2,5 alle 5 masse solari. Ovviamente è tutto rimasta un’ipotesi poiché non era mai stato osservato nulla del genere. Il 14 Agosto del 2019 però, sia il rivelatore presente a Pisa che quello negli USA hanno rivelato le onde gravitazionali emesse dalla collisione di un oggetto con massa pari a 2,6 masse solari con un buco nero di dimensioni pari a 23 masse solari. Una volta avvenuta la collisione però, non si è potuto più sapere nulla su questo misterioso oggetto. Si dovranno quindi aspettare di analizzare i segnali successivi e quelli precedenti, per cercare di estrapolare e capire che cosa fosse esattamente.

La strumentazione

Entrambi i rivelatori che hanno ricevuto la radiazione sono strutture realmente enormi, non in altezza bensì in lunghezza. Sono entrambi costituiti da interferometri di Michelson con due bracci lunghi 3 o 4 km vuoti all’interno che però alle estremità presentano degli specchi. La funzione di questi due interferometri è quella di riuscire a captare la deformazione dello spaziotempo dovuta appunto alle onde gravitazionali. Queste deformazioni sono veramente piccolissime ma il raggio laser dell’interferometro riesce a rilevarle e ad analizzarle. In sostanza quello che succede è la deformazione e distorsione degli specchi che faranno variare, chiaramente di una porzione infinitesima, il cammino ottico del laser proveniente dallo stesso interferometro.

Come funziona l’interferometro LIGO (tomshw.it)

Riassumiamo allora il funzionamento dei due interferometri: la sorgente manda un fascio di laser al beam splitter che serve a dividere questo raggio in 2, i due raggi divisi faranno un percorso ottico diverso attraverso vari specchi per poi ricongiungersi nuovamente in un solo raggio che sarà poi mandato al detector per fare analizzare i dati raccolti. Il funzionamento di un interferometro di Michelson è esattamente come è stato detto poco prima ma chiaramente le dimensioni di esso sono ridotte rispetto agli interferometri VIRGO e LIGO.

Come funziona un interferometro di Michelson (slideplayer.it)

Insomma, è fantastico pensare che oggetti così lontani da noi possano essere rivelati con una relativa facilità ma è ancora più affascinante e spaventoso sapere che, nonostante tutto, conosciamo tanto ma allo stesso tempo così poco di quello che ci circonda. Ogni volta l’universo ci riesce a sorprendere.

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