Un caffè col fisico

Coffee Break(ing) News: Scoperte le onde gravitazionali dal Big Bang!

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Eccoci qui con la seconda parte del nostro coffee break dedicato alla scoperta annunciata Lunedì dall’esperimento BICEP2.

Mercoledì vi ho dato la versione romanzata, oggi vi do quella un po’ più scientifica, cercando di rispondere alla domanda

Bello, bello, ma che hanno scoperto?

Per la verità, un’ottima spiegazione, e in italiano sopratutto, la dà Amedeo Balbi, nel suo blog Keplero. Oltre a questa spiegazione, si occupa in generale di divulgazione scientifica e ha scritto diverse cose interessanti, oltre ad aver partecipato alla trasmissione “Che tempo che fà”, parlando proprio della radiazione di fondo cosmico, quella da cui è stato possibile fare la scoperta.

Non ve lo dico per scaricarmi dalla responsabilità di spiegarvi di che scoperta si tratta, ma per farvi conoscere qualcuno che è molto più esperto di me nel divulgare questo genere di cose.

Beh, bando alle ciance! Siccome voglio che vi andiate a vedere il blog Keplero di cui sopra, cercherò di darvi una spiegazione accattivante, ma non sufficientemente dettagliata, così che vi rimanga un po’ di curiosità.

Allora, con che cosa cominciamo?

Cominciamo con le onde.

Delle onde ho parlato moltissime volte negli articoli precedenti.

Per esempio, andando a pescare tra gli articoli più recenti, vi ho parlato di

Avrete capito dunque che le onde sono abbastanza importanti in Natura, sembra che sia un comportamento piuttosto comune a diversi fenomeni.

Questa volta parliamo di onde gravitazionali.

L’analogia che calza di più per capire cosa siano le onde gravitazionali è quella con le onde dell’acqua. Immaginiamo di lanciare un sasso in mezzo a un lago in una giornata di sole senza vento. L’acqua del lago è completamente piatta, poi quando lanciamo il sasso si cominciano a formare delle increspature circolari che si allargano sempre di più.

E’ in sostanza la prima definizione di ‘onda’ che abbiamo sperimentato da piccoli.

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Le onde gravitazionali sono praticamente la stessa cosa, solo che non è una superficie d’acqua a incresparsi, ma la geometria dello spazio-tempo e il corrispettivo del sasso è una fonte di massa o di energia che cambia rapidamente.

Eh? Puoi ripetere la parte della geometria di non-so-che-cosa?

Su su, vi ho già parlato un pochino di come lo spazio-tempo sia modificato dalla presenza di oggetti particolarmente massivi, vi ricordate l’articolo sulle lenti gravitazionali?

Delle increspature nello spazio-tempo sono simili a quello che succede quando andiamo nelle famose stanze degli specchi, quelle che si trovano alle fiere o ai parchi divertimento o al circo.

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Praticamente, quando ci passa attraverso un’onda gravitazionale, ci capita come negli specchi deformanti, ci stringiamo e allarghiamo. Ovviamente, noi non ce ne accorgiamo, non solo perché l’effetto deformante è molto molto piccolo, ma anche perché tutto, ma proprio tutto si deforma!

Quindi non è che possiamo misurare di quanto ci deformiamo per esempio con un righello: anche quello si deforma uguale!

Dunque le onde gravitazionali sono difficilissime da osservare.

E infatti, nessuno le ha mai viste.

Ma come? E perché stanno facendo tanto casino se manco le hanno osservate?

Eh, adesso ve lo spiego, ci arrivo.

Allora, come vi ho detto, le onde gravitazionali sono generate da particolari eventi nell’Universo che coinvolgano cambiamenti di massa o variazioni di energia. E’ lo stesso principio del sassolino lanciato nello stagno. Quindi per esempio una stella che ruota molto velocemente su se stessa può produrre onde gravitazionali.

L’evento a cui siamo interessati noi, quello che ha prodotto le onde gravitazionali che sono state “viste” (adesso vi spiego il perché delle virgolette) dal BICEP risalgono a miliardi di anni fa, a circa un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di milionesimo di secondi dal Big Bang, un numero neanche concepibile con l’immaginazione, quindi diciamo “appena dopo il Big Bang”.

In effetti, sarebbe proprio l’istante della specie di “esplosione” sperimentata dall’Universo.

Il nostro modello di Universo ci dice infatti che l’Universo ha vissuto una prima, breve parte di vita in cui è cresciuto in maniera esponenziale, pensate a un palloncino che viene gonfiato dalla dimensione di una pallina da ping pong alla dimensione di un palazzo a tre piani in poche frazioni di secondo.

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Una roba immensa!

In questo momento, definito periodo di inflazione, proprio per questa crescita così violenta, la fisica che conosciamo ci dice che delle onde gravitazionali vengono prodotte, quindi lo spazio-tempo si increspa in tutte le direzioni e le onde si propagano.

Nel frattempo, l’Universo continua a evolversi e succedono un sacco di cose.

Queste onde gravitazionali continuano ad esistere con l’evoluzione dell’Universo, ma sono troppo deboli per poter essere osservate al giorno d’oggi, nel 2014, ma nella storia dell’Universo hanno lasciato un segno inequivocabile in un certo momento, quello in cui si è formata la radiazione cosmica di fondo, ve ne avevo parlato un pochino qui e qui.

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Quello che fanno queste onde gravitazionali alla luce cosmica di fondo, che noi osserviamo oggi, è definito “polarizzazione”.

Un argomento vasto in cui non mi addentro (per oggi) se no non finiamo più. Quello che importa è che l’impronta è inequivocabile: praticamente può essere stata lasciata solo da loro, le onde gravitazionali dell’inflazione.

E questo è proprio quello che per la prima volta hanno osservato quelli di BICEP!

Un’immagine rappresentativa può essere quella sotto, anche se non penso vi chiarisca le idee.

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Beh, come capite la questione è molto vasta, ma l’idea di fondo è questa: abbiamo osservato le impronte di qualcosa avvenuto 14 miliardi di anni fa, all’inizio della storia dell’Universo, confermando una predizione del nostro modello di Universo.

Mica bruscolini!

Vi lascio con un video in cui spiegano molto bene (e sopratutto con immagini) quello che ho cercato di spiegarvi a parole.

Alla prossima e buon weekend!

 

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