Il 14 settembre 2015 gli strumenti della collaborazione LIGO registrarono un segnale minuscolo, quasi impercettibile, proveniente da una regione lontanissima dell’Universo. Era la traccia di un evento catastrofico: la fusione di 2 buchi neri. Gli scienziati avrebbero annunciato la scoperta alcuni mesi più tardi, l’11 febbraio 2016. Il segnale, denominato GW150914, rappresentava la prima osservazione diretta di un’onda gravitazionale e, allo stesso tempo, la prima osservazione di una fusione di buchi neri.
Che cosa sono le onde gravitazionali?
Per capire l’importanza della scoperta bisogna fare un passo indietro. Secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein, pubblicata nel 1915, la gravità non è semplicemente una forza che agisce tra gli oggetti. Massa ed energia deformano lo spazio e il tempo, creando quello che chiamiamo spaziotempo. Quando oggetti estremamente massicci accelerano in determinate condizioni, possono produrre delle perturbazioni che si propagano attraverso lo spaziotempo alla velocità della luce. Sono le onde gravitazionali. Possiamo immaginarle, con una certa approssimazione, come increspature sulla superficie di uno stagno. La differenza è che, invece dell’acqua, a incresparsi è lo stesso tessuto dello spazio e del tempo. Einstein aveva previsto l’esistenza di queste onde un secolo prima della loro prima rilevazione diretta.
Un segnale arrivato da 1,3 miliardi di anni fa
Il segnale registrato il 14 settembre 2015 era stato prodotto dalla fusione di 2 buchi neri, avvenuta a circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra. I due oggetti avevano masse pari a circa 36 e 29 volte quella del Sole. Spiraleggiando l’uno intorno all’altro, persero energia sotto forma di onde gravitazionali fino a fondersi. Il risultato fu un unico buco nero di circa 62 masse solari. La differenza, circa 3 masse solari, venne irradiata sotto forma di energia delle onde gravitazionali. In altre parole, il segnale osservato nel 2015 raccontava qualcosa accaduto quando sulla Terra esistevano già i primi antenati del genere umano, ma molto prima che comparissero le civiltà e le città.
La sfida di LIGO
Rilevare un’onda gravitazionale non è affatto semplice. Il suo passaggio produce variazioni infinitesimali nelle distanze, così piccole da mettere alla prova i limiti della tecnologia. Per questo LIGO utilizza 2 enormi osservatori negli Stati Uniti, uno nello Stato di Washington e l’altro in Louisiana. Ciascuno è costituito da 2 lunghi bracci disposti a forma di L. All’interno vengono fatti viaggiare fasci laser, utilizzati per misurare variazioni minime nelle distanze provocate dal passaggio di un’onda gravitazionale. Il segnale di GW150914 fu osservato da entrambi gli strumenti con una differenza temporale di pochi millisecondi. Questa coincidenza permise agli scienziati di verificare che non si trattasse semplicemente di un disturbo locale degli strumenti.
La prima prova diretta di una previsione di Einstein
La scoperta ebbe un significato che andava ben oltre la conferma di una previsione teorica. Fino ad allora l’Universo veniva osservato principalmente attraverso la luce, cioè attraverso le radiazioni elettromagnetiche che telescopi e altri strumenti possono raccogliere. Le onde gravitazionali hanno cambiato questa prospettiva. Per la prima volta gli astronomi potevano studiare alcuni fenomeni cosmici non attraverso la luce che emettono, ma attraverso le vibrazioni dello spaziotempo che producono. È come se l’umanità avesse imparato a utilizzare un nuovo senso per esplorare il cosmo.
Una nuova astronomia
Da quel primo segnale, la ricerca sulle onde gravitazionali è cresciuta rapidamente. Le successive osservazioni hanno permesso di individuare numerose fusioni di buchi neri e di studiare anche altri fenomeni estremamente violenti. Nel 2017, per esempio, gli osservatori LIGO e Virgo rilevarono le onde gravitazionali prodotte dalla fusione di 2 stelle di neutroni. In quel caso gli astronomi riuscirono a osservare anche la luce proveniente dall’evento: fu una delle prime grandi dimostrazioni della cosiddetta astronomia multimessaggera, nella quale lo stesso fenomeno viene studiato attraverso segnali di natura diversa.
A 22 anni dalla scoperta
Oggi, 14 settembre 2026, sono trascorsi 11 anni da quel primo segnale. Quella che nel 2015 sembrava una nuova e sofisticata tecnica di osservazione è diventata uno degli strumenti più interessanti per indagare l’Universo estremo. Le onde gravitazionali permettono infatti di studiare oggetti e fenomeni che possono essere difficili, o addirittura impossibili, da osservare con i telescopi tradizionali. Il segnale di GW150914 durò appena una frazione di secondo. Eppure conteneva informazioni su una collisione avvenuta miliardi di anni fa, a una distanza inconcepibile per la mente umana. In quel brevissimo “suono” dello spaziotempo, arrivato sulla Terra dopo un viaggio di circa 1,3 miliardi di anni, l’umanità ha trovato un nuovo modo per ascoltare l’Universo.