Le onde gravitazionali e l'origine del cosmo: il viaggio è solo all'inizio

ROMA - La bambina che con tutto lo stupore dei 9 anni osservava dalla finestra della sua cameretta le stelle sullo sfondo dell’eterna notte in cui è immerso il cosmo, oggi ha 35 primavere. E di domanda in domanda, sospinta dal sacro fuoco della curiosità, ha percorso tanta di quella strada che ora è fra i pochi privilegiati a scrutare l’universo in cerca delle sue antiche origini. 

Non tutti sanno che c’è una salentina doc nel gruppo di ricerca che sta partecipando alla riscrittura delle leggi che muovono l’universo. Paola Leaci, di Novoli, è ricercatrice presso il Dipartimento di fisica dell’università “Sapienza” di Roma. E partecipa al progetto europeo Virgo che, con il gemello statunitense Ligo ha collocato una pietra miliare nella storia della scienza, certificando quanto Albert Einstein aveva predetto un secolo addietro: l’esistenza delle onde gravitazionali. Come dire: il fisico tedesco naturalizzato svizzero e poi statunitense aveva ipotizzato le increspature nel tessuto spazio-temporale, loro le hanno osservate. 

E allora, riusciremo a comprendere, un giorno, la genesi di tutto? La teoria del Big Bang resta la più accreditata. “E’ quella in cui credo anch’io – dice Paola – ma confido che un giorno riusciremo a sapere esattamente cosa sia accaduto nei primissimi istanti, al di là delle predizioni sulle quali ci basiamo attualmente”. 

In fin dei conti, la massima aspirazione dell’uomo è sempre stata di penetrare l’origine dell’universo, per tornare a quello che resta il più affascinante mistero nel mistero: la vita. Si attribuisce all’astronomo e scrittore Carl Sagan un celebre aforisma: “Siamo l’universo che contempla se stesso”. Cavalcando le onde gravitazionali, allora, forse si arriverà davvero ai primordi. 

L’attestazione dell’esistenza di quanto definito dalla teoria generale della relatività deriva da due collaborazioni fondamentali. “L’americana Ligo e l’europea Virgo – spiega - nel 2007 hanno firmato il Memorandum of Understading, rinnovato nel 2013. L’accordo sancisce che tutti i dati di Ligo siano di Virgo e tutti quelli raccolti da Virgo siano al 100 per cento di Ligo”. E l’interscambio è fondamentale, perché “tutti gli algoritmi di ricerca, sia nell’elaborazione prodotta da Ligo, sia da Virgo, si condividono”. 

“Esistono due interferometri di Ligo, uno a Washinton e l’altro a Livingston, in Louisiana – prosegue la ricercatrice -, che sono stati i primi a effettuare questa rivelazione diretta di onde gravitazionali, e uno di Virgo a Cascina, in provincia di Pisa, che però era spento in quel momento perché in fase di aggiornamento; dovrebbe esser riacceso in estate per il secondo run scientifico proprio insieme a Ligo”. 

Paola tiene anche a evidenziare che la scoperta non nasce dal contributo di pochi, “ma di più di mille e 200 persone che hanno condiviso negli anni gli sforzi, contemplando anche coloro che non ci sono più, perché purtroppo defunti, o che hanno lasciato il campo”. 

Ma di cosa si occupa, esattamente, nell’ambito del progetto, il suo gruppo di lavoro? “Noi – spiega - siamo quattordici presso il Dipartimento di Fisica, considerando anche i membri non staff, e lavoriamo nel settore dell’analisi dei dati. Fra i membri vi sono, per esempio, anche tecnici che si prendono la briga di far funzionare l’interferometro con tecnologie che ci consentano di guardare sempre più in là”. 

E qui la materia diventa avvincente. La stessa ricercatrice denota emozione nella voce, a dispetto del luogo comune secondo cui gli scienziati hanno un animo imperscrutabile. “Bisogna pensare che abbiamo osservato un evento avvenuto un miliardo e mezzo di anni fa”. E’ stato come gettare un occhio nel passato più remoto, a un periodo in cui – per fare un esempio – la Terra era popolata ancora da esseri primordiali, forme di vita molto semplici, mentre intorno, per via di un sistema solare ancora in formazione, erano frequenti piogge di meteoriti. 

“Le onde gravitazionali predette dalla teoria della relatività generale di Einstein – prosegue - viaggiano alla velocità della luce e dato che la luce ha impiegato un miliardo e mezzo di anni per arrivare verso di noi dal punto in cui è accaduto il tutto, significa che adesso quel punto è completamente diverso”. “Se ci pensate – aggiunge -, è sconvolgente”.

“Il tutto” in questione, l’evento che ha prodotto l’osservazione, è stata la collisione fa due buchi neri di alcune decine di masse solari che si fondono per formarne uno nuovo.

E qui la faccenda si fa ancor più interessante. Roba da mandare in brodo di giuggiole persino uno come Stephen Hawking. Si apre, infatti, un secondo scenario, perché “abbiamo avuto anche la prima osservazione diretta dell’esistenza di due buchi neri che si avvicinano e collidono, creando un buco nero più grande”. Beninteso, un singolo buco nero era già stato osservato. Un sistema binario di due buchi neri in collisione, mai. Come dire: già è avvincente guardare per la prima volta un’auto da corsa, immaginarsela allora in una gara con altri bolidi. Insomma, le scoperte sono state ben due. 

Già, ma le onde gravitazionali? Com’è stato possibile catturarle con l’interferometro? Paola lo spiega in modo semplice ed efficace. “Va considerato che il primo buco nero aveva una grandezza di 29 masse solari, l’altro di 36. Ebbene, il buco nero risultante non è stato dato semplicemente dalla somma. E’ stato di 62 masse solari e non di 65. L’equivalente di tre masse mancanti è stata energia emessa durante questo processo di fusione. E se n’è andata sotto forma di onde gravitazionali”. 

“Le onde gravitazionali – aggiunge, a completamento della spiegazione - sono molto deboli e non si possono quindi rilevare a terra, ma solo tramite eventi catastrofici”. Ed ecco che anche la strumentazione a oggi più sofisticata, ha bisogno di eventi di proporzioni tali da essere quasi incomprensibili per la mente umana, per captare un segnale. Proprio come la collisione di due corpi estremamente massivi, quelli che i fisici chiamano “intermediate mass black holes”. Molto più di una “stellina” qual è il Sole.   

“Ma questo – aggiunge - è solo un tipo di sorgente osservato. Ce ne sono altre, per esempio le sorgenti di onde gravitazionali continue, che assolutamente ci aspettiamo di rivelare. Tutto quello che è accaduto, non è la fine, ma l’inizio di un’era diversa. Nasce l’epoca di una nuova astronomia, un modo completamente nuovo di guardare l’universo, permeato di onde gravitazionali”.  

Ma non spaventiamo nessuno. Le onde gravitazionali che ci bombardano non solo sono innocue, ma addirittura sembrano quasi incuranti di noi. Per usare una metafora, forse impropria, ma che rende bene l’idea, sono come un fantasma che attraversa una parete senza perdere nemmeno un lembo di lenzuolo, né far cadere l’intonaco. 

“A differenza di un’onda elettromagnetica che investe un oggetto e n’esce attenuata – chiarisce la ricercatrice -, l’onda gravitazionale ha la particolarità di uscirne quasi indisturbata”. Può attraversare profondi strati di materia, rimanendo così com’era all’inizio. Per questo ci può fornire importantissime informazioni su quello che è avvenuto nei primi istanti dell’universo, proprio per la sua caratteristica di interagire in maniera molto debole con la materia che attraversa”.

Si è parlato di uno strumento. L’interferometro. Ma come funziona? In realtà, un effetto il passaggio dell’onda lo provoca, ma è meno che impercettibile, dato che “cambia un poco la distanza fra gli atomi che costituiscono la materia”. “Un metro campione qualunque, come un righello, giusto per fare un esempio pratico, è inutilizzabile perché si deforma. Bisogna usare qualcosa che non subisca effetti al passaggio dell’onda gravitazionale. Si ricorre quindi alla velocità della luce, che viaggia, appunto, in un interferometro, ed è costante”. 

In sostanza: “Possiamo misurare il tempo che la luce impiega a fare un viaggio di andata e ritorno tra gli specchi dell’interferometro e da questo, dato che la velocità della luce è costante, risalire allo ‘spostamento’ che hanno subito gli specchi a causa del passaggio dell’onda”. Ma le proporzioni sono inimmaginabili. L’alterazione “è centinaia di milioni di volte più piccola del nucleo atomico”. E così, si passa in un attimo dall’infinitamente grande di una danza cosmica fra due buchi neri all’infinitamente piccolo di vibrazioni in campo subatomico. E il bello è che non si tratta di fantascienza.  

Al momento, però, non è del tutto chiaro verso quale costellazione osservare per capire dove si sia generata questa collisione. “Non possiamo fornire un punto preciso nel cielo. L’evento è stato localizzato in un’area che si trova a circa 600 gradi per 600 gradi, abbastanza ampia. Purtroppo, con soli due rivelatori accesi non si poteva fare di meglio”. E allora, tutti in attesa che Virgo riprenda le attività. Ne vedremo delle belle. 

Paola, però, si sofferma anche sulle implicazioni pratiche di queste scoperte. “Non tutti ne sono al corrente”, esordisce. “Basti pensare al contributo essenziale che le conoscenze derivanti da questa teoria hanno fornito alla messa a punto e al grado di precisione ottenibile dalle reti satellitari Gps. Questo lo sanno in pochi perché è alla base di profondi calcoli in cui c’entra moltissimo la relatività generale. Senza la teoria di Einstein i Gps non sarebbero esistiti o comunque non avrebbero funzionato così bene”.  Le scoperte, dunque, avranno riscontri “terrestri” in molti campi, a partire dalla collaborazione sempre più stretta con le industrie del settore ottico e proseguendo con un avanzamento sempre più rapido nella tecnologia dei materiali.

“Dal lato scientifico è un mondo completamente nuovo. In questa fase stiamo cercando di capire come si possa mappare l’universo permeato di onde gravitazionali, anche se ancora possiamo dire di aver visto un singolo evento”. Insomma, Neil Armstrong chioserebbe esattamente come fece quando mise piede sulla Luna: “Un piccolo passo per un uomo, un grande passo per l’umanità”.

A proposito di passi: quale sarà il prossimo? “Queste analisi – dice la ricercatrice - sono fondamentalmente derivanti dal primo run osservativo di Ligo che è durato quattro mesi ed è terminato lo sorso 12 gennaio. Adesso, io e i miei colleghi stiamo continuando ad analizzare la parte rimanente dei dati. Non escludiamo la scoperta di altri eventi di questo tipo, così come non la garantiamo, perché non sappiamo di fronte a cosa ci troveremo. Certo è che si apre un capitolo nuovo. Stiamo riscrivendo, in parte, la fisica. Tutto questo è emozionante, tanto che non mi sembra neanche vero”. 

A proposito di fisica. Come nasce questa passione? Paola si scioglie in un sorriso e torna indietro nel tempo con i ricordi. “Tutto è iniziato quando ero piccola. Dalla stanza del mio paesino, Novoli, nella mia casa di via Torino, osservavo la Luna e mi chiedevo: ‘Come mai quest’oggetto non ci cade addosso?’ Così ho cominciato ad acculturarmi, capendo già in un periodo dai 9 ai 12 anni come tutto derivasse fondamentalmente dalla forza di gravità. Mi sono avvicinata quasi subito alla materia”. 

A quell’età le camerette sono piene di poster di cantanti. “Io appendevo le fotografie di Einstein. Che sono ancora là”. Poi quella bambina è cresciuta. Paola si è laureata in Fisica a Lecce, ha svolto il dottorato di ricerca a Trento e dopo un concorso è andata a lavorare presso il prestigioso “Max Planck Institut fuor Gravitationsphysik” (fisica gravitazionale, Ndr), in Germania.

“Dopo quasi sette anni, però, mancandomi l’Italia, ho iniziato a partecipare ad altri concorsi e ne ho vinto uno, il ‘Programma per il rientro dei cervelli - Rita Levi Montalcini’, che ora mi permette di lavorare nella ricerca alla ‘Sapienza’”. 

Einstein sarebbe orgoglioso di Paola e magari penserebbe che il mondo abbia bisogno oggi più che mai di tanti sognatori che da piccoli guardavano le stelle invece di trascorrere il tempo davanti ai videogiochi e che da grandi hanno trasformato passioni semplici in obiettivi in grado di cambiare la prospettiva con cui l’uomo osserva la natura. 

Quanto all’entusiasmo che ha generato nell’ambiente la ratificazione delle sue teorie sull’esistenza delle onde gravitazionali, forse non si scomporrebbe più di tanto. “Io ve l’avevo detto”, commenterebbe con un sorriso sornione. In fin dei conti, fu proprio lui che andò tranquillamente a dormire, mentre, durante l'eclissi del 1919, altri si affaticavano per scoprire se sarebbe stata confermata la sua predizione sulla curvatura della luce dovuta al campo gravitazionale. Cosa che puntualmente avvenne.