La più grande e persistente avventura nella storia umana

Alzare lo sguardo al cielo, meravigliarsi e interrogarsi. Gli esseri umani lo fanno da sempre, da quando hanno iniziato a ragionare sul senso della propria esistenza. Una caccia al tesoro infinita, così come lo è – apparentemente – l’universo. Una ricerca che procede per deduzioni, piccoli indizi e grandi scoperte.
Un grosso passo in avanti, in questo senso, è stato fatto nel settembre 2015 con la prima rivelazione certa delle onde gravitazionali, teorizzate da Albert Einstein quasi cent’anni prima. Da quel momento, le onde gravitazionali sono diventate il secondo potente strumento di indagine dell’universo. Il primo, usato fin dall’antichità, è la luce.

Alle onde gravitazionali e alla luce è dedicato L'universo a due voci, l’incontro organizzato venerdì 3 febbraio alle 18 a Palazzo Prodi dal Dipartimento di Fisica e dal Trento Institute for Fundamental Physics and Applications nell'ambito del workshop scientifico UniVersum.

Edwige Pezzulli, assegnista presso l’Istituto nazionale di Astrofisica, divulgatrice scientifica, autrice e conduttrice per Rai Cultura, modererà l’incontro.

Dottoressa Pezzulli, di cosa si parlerà venerdì?

«Si parlerà di universo, dei modelli di universo, della gravità, della luce, delle onde gravitazionali. Sarà un incontro all’insegna della multidisciplinarietà, con un dialogo fra persone che osservano l’universo da punti di vista differenti».

Se le chiedessi di spiegarmi in modo semplice cosa sono le onde gravitazionali?

«Potrei dirle che sono un segnale che ci permette di ottenere informazioni nuove sull’universo, informazioni diverse rispetto a quelle che abbiamo ricevuto per millenni. La scoperta del 2015, a quasi cent’anni esatti dalla teorizzazione di Einstein, ha rivoluzionato il nostro modo di osservare l’universo. Di solito, tendiamo a immaginare il tempo lungo il quale le cose avvengono, e lo spazio all’interno del quale accadono come qualcosa di immutabile, inerme. In realtà lo spazio e il tempo, lo spaziotempo, è qualcosa di quasi materiale, con una sua dinamica. Anziché pensare lo spazio, per esempio bidimensionale, come  un telo rigido, un foglio di metallo, dobbiamo immaginarlo elastico, in grado di curvarsi in presenza di oggetti pesanti. Se poi questi oggetti si muovono sul telo, per esempio uno attorno all’altro,  si generano delle pieghe che si propagano alla velocità della luce. Sono increspature nel "tessuto" dello spaziotempo, le onde gravitazionali».

Cosa ci raccontano in più e di diverso le onde gravitazionali rispetto alla luce?

«Le onde gravitazionali sono importantissime, perché rappresentano una finestra di osservazione diretta sui fenomeni violenti che le originano. Per fare un esempio, uno dei meccanismi con cui i buchi neri crescono è fondendosi tra loro e in eventi che, di per sé, non emettono luce e non sarebbero quindi osservabili se non attraverso le onde gravitazionali. Di contro, un altro canale che permette ai buchi neri di crescere sono le grandi abbuffate di gas: la materia che orbita attorno a un buco nero, prima di cadere al suo interno e nutrirlo, si riscalda molto e diventa brillante. Questi banchetti, quindi, sono eventi molto luminosi, che possono essere invece osservati proprio grazie alla luce». 

Come si fa a rivelare le onde gravitazionali?

«Fino a pochi anni fa, le onde gravitazionali erano soltanto qualcosa di teorico. Per rivelare questi segnali, occorre misurare lo spostamento relativo di oggetti. L’onda gravitazionale attraversa infatti lo spazio e lo deforma. Lo fa però in modo quasi impercettibile. Per rivelare questa deformazione vengono utilizzati interferometri laser. In sostanza, si tratta di due “bracci” lunghi chilometri nei quali, all’interno di tubi a vuoto, viaggia la luce. Alle estremità, vengono posti degli specchi che riflettono la luce. Quando un’onda gravitazionale attraversa l’interferometro, un braccio si allunga mentre l’altro si accorcia e la luce dei due fasci laser sarà di conseguenza sfasata».

Che ruolo ha l’Italia nell’osservazione e nello studio delle onde gravitazionali?

«A Cascina, vicino a Pisa, c’è Virgo, un grande interferometro frutto di una collaborazione internazionale. La comunità scientifica italiana è poi attiva su altri progetti relativi alle onde gravitazionali, come l’Einstein Telescope, quello che diventerà il più grande rivelatore terrestre di onde gravitazionali. Credo però che adottare una narrativa nazionale della scienza, in particolare dell’astrofisica, sia limitante rispetto alla portata del campo di ricerca, che è per sua natura uno sforzo collettivo e internazionale».

Oltre a lei, chi sono i relatori dell’incontro di venerdì?

«Come le dicevo, interverranno scienziati e scienziate di estrazione diversa. Alcuni indagano l’universo attraverso la luce, altri attraverso le onde gravitazionali. Sarà con noi Luigi Guzzo, ordinario all’Università Statale di Milano ed esperto nello studio della struttura a grande scala dell’universo attraverso la costruzione di mappe della distribuzione delle galassie; Guzzo è stato Principal Investigator del progetto ESO VIPERS ed è uno dei coordinatori scientifici della missione Euclid. Avremo poi Viviana Fafone, ordinaria a Roma Tor Vergata, esperta nello studio osservativo delle onde gravitazionali; Fafone è responsabile nazionale della collaborazione Virgo e fa parte del comitato direttivo dell’Einstein Telescope. Infine, ci sarà Luciano Rezzolla, ordinario e direttore della sezione di astrofisica teorica presso la Goethe Universität di Francoforte; esperto di oggetti astrofisici compatti e vincitore di numerosi premi scientifici, Rezzolla è Principal Investigator di BlackHoleCam, la piattaforma europea della collaborazione Event Horizon Telescope che ha prodotto nel 2019 la prima immagine di un buco nero».

Per concludere, le chiedo: quali segreti nasconde ancora l’universo?

«Non saprei davvero quale sia la risposta. Lo studio dell’universo ha l’ambizione di realizzare un modello capace di descrivere la realtà delle cose, ma la scienza raggiunge per sua natura solo verità con la v minuscola. Ci limitiamo a costruire uno schema del mondo che funzioni al meglio e la teoria del Big Bang, con la sua capacità di spiegare le osservazioni raccolte, è quella che finora ha passato tutti i test. Finché non ci sono prove che dimostrino il contrario, insomma, ce la teniamo stretta.
L’essere umano da sempre è portato ad alzare lo sguardo e porsi delle domande. Il Premio Nobel per la Fisica Murray Gell-Mann, di cui sto rileggendo alcuni interventi proprio in questi giorni, scrive: "Questa ricerca volta a comprendere l’universo, come funziona e da dove è venuto, è la più grande e la più persistente avventura nella storia umana. È difficile immaginare che un pugno di abitanti di un piccolo pianeta in orbita attorno a una stella insignificante di una piccola galassia abbiano come loro obiettivo nientemeno che una comprensione completa dell’intero universo: un minuscolo granello del creato davvero convinto di poter comprendere il tutto"».

L’Università di Trento è un nodo importante nella rete di soggetti che, a livello mondiale, studiano le onde gravitazionali. Dal 2007, UniTrento è impegnata a indagare l’astronomia "multimessaggera" nella collaborazione Ligo-Virgo. Già ne 2001, Kip Thorne e Rainer Weiss – poi premi Nobel nel 2017 con Barry Barish per la rivelazione delle onde gravitazionali – furono a Trento per partecipare al meeting organizzato da Esa e Nasa per il progetto spaziale LISA Pathfinder. Nell’ottobre 2017, poche settimane dopo il conferimento del Nobel, un'affollata aula del Dipartimento di Fisica seguiva in diretta l’annuncio della prima misura di onde gravitazionali e segnali elettromagnetici da binarie di stelle di neutroni. Il gruppo di ricerca in Fisica dell’ateneo trentino ebbe un ruolo di primo piano nella decodifica del segnale, alla ricerca della polvere di stelle di cui è fatto il nostro mondo.