Le onde gravitazionali di LIGO mettono alla prova la Relatività Generale

Le onde gravitazionali sono l’ennesima conferma della teoria della Relatività Generale di Einstein, eppure potrebbero nascondere anche un aspetto che ne mina le fondamenta.

Uno dei due interferometri statunitensi LIGO. La lunghezza dei bracci è necessaria a causa della debolezza del segnale gravitazionale. Gli interferometri gravitazionali funzionano infatti misurando la differenza di lunghezza del percorso di un raggio laser in due bracci di uguale lunghezza: l’onda gravitazionale deforma lo spazio-tempo e fa sì che il percorso di uno dei due raggi risulti variato rispetto all’altro. Più è lungo il braccio, maggiore è la deformazione del percorso.

All’inizio del 2016 abbiamo assistito alla scoperta epocale delle prime onde gravitazionali rivelate dalla coppia di interferometri LIGO (qui l’articolo della scoperta contente anche una breve descrizione delle onde gravitazionali). Il segnale rivelato da LIGO riguardava la fase di fusione di due buchi neri di grande massa. Un successivo segnale annunciato a giugno scorso riguardava sempre la fusione di due buchi neri, ma di minore massa. Ma proprio al bordo dei buchi neri potrebbero sorgere dei problemi per la teoria di Einstein.

Secondo uno studio a prima firma J. Abedi (qui l’articolo) al bordo dei buchi neri ci sarebbero infatti degli echi che potrebbero mostrare una falla nella teoria. Questi echi potrebbero scomparire avendo a disposizione più dati, ma se rimaranno la scoperta sarà di enorme portata.

Il bordo di un buco nero, noto con l’altisonante nome di orizzonte degli eventi, indica il punto oltre il quale non è possibile scappare dal campo gravitazionale del buco nero, neanche per la luce (e per questo all’interno di questo orizzonte il buco è nero). Va da sé che non sarebbe possibile ricevere segnali provenienti dall’interno dell’orizzonte degli eventi e che quindi non abbiamo mai potuto analizzare cosa succede all’interno di un buco nero. Quello che succede sull’orizzonte degli eventi dipende dalla teoria che si adotta, in particolare la Relatività Generale e la Meccanica Quantistica sembrano in contrasto a riguardo: per la prima una particella che oltrepassa il limite non noterebbe alcuna differenza nell’ambiente circostante, per la seconda attorno al buco si troverebbe un anello di particelle ad alta energia (firewall) capace di bruciare la materia che entra nell’orizzonte degli eventi.

Le onde di LIGO hanno però cambiato le regole del gioco, fornendo la possibilità di ottenere alcune informazioni riguardo l’interno del buco nero che prima ci erano precluse. Un gruppo di astrofisici portoghesi ha proposto che nel caso in cui lo scenario corretto fosse quello del firewall della meccanica quantistica, si sarebbe dovuta vedere una serie di echi dopo l’inizio dell’onda. Questi echi si genererebbero a causa della presenza del firewall, che genererebbe una regione di sparpagliamento dell’onda all’orizzonte degli eventi. Il bordo interno di questa regione sarebbe l’orizzonte degli eventi relativistico sopra descritto, quello esterno sarebbe una regione in cui i fotoni hanno una probabilità di restare intrappolati nel buco nero o di fuggire da esso, a seconda dell’angolo di approccio. Anche le stesse onde gravitazionali subirebbero lo stesso destino, venendo in parte riflesse all’interno del firewall prima di riuscire ad “evadere” nello spazio esterno.

Ma c’è di più: simulazioni numeriche di questo fenomeno, ottenute con un semplice modello di buco nero circondato da una superficie a specchio, troverebbero preciso riscontro sperimentale negli echi osservati nei dati di LIGO, supportando questa ipotesi.

Tuttavia prima di allarmarsi bisogna sottolineare alcune cose:
1) gli echi potrebbero essere legati a del rumore casuale e non essere prodotti dalla sorgente stessa. Sarà necessario osservare ulteriori eventi simili per confermare o smentire questa ipotesi;
2) il modello di buco nero circondato da specchi è estremamente rozzo e per questo difficilmente conclusivo;
3) se anche l’ipotesi venisse confermata, ciò non significa che la Relatività Generale sia da buttare. Anche la teoria classica, quella Newtoniana, funziona benissimo nel predire, ad esempio, il moto dei pianeti sufficientemente lontani dalla propria stella, ma fallisce nello spiegare invece il moto di oggetti che vi si trovano più vicini (si veda ad esempio la precessione di Mercurio), ma ciò non significa che la teoria Newtoniana sia da buttare.

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