Scienza Per Tutti - 0466. Onde gravitazionali

Vi sottopongo due domande. 1. Le onde gravitazionali si propagano in modo sferico? 2. Con strumenti appropriati è possibile inserire un disturbo (segnale codificato) in modo che tale disturbo arrivi a un pianeta “x” della galassia e quindi poter essere rivelato e decodificato sempre con strumenti appropriati? (Valter)

Sì, le onde gravitazionali sono onde sferiche; la loro ampiezza è inversamente proporzionale alla distanza dalla sorgente e l’energia che trasportano è inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

In linea di principio è possibile costruire in laboratorio un “generatore” di onde gravitazionali che trasmetta un segnale che possa essere rivelato e decodificato da un ricevitore posto a una certa distanza. Il problema è pratico, nel senso che qualunque generatore di onde gravitazionali vi possiate immaginare di costruire in laboratorio emetterebbe onde di ampiezza così piccola da risultare impossibile da rivelare. Questo è il motivo per cui gli esperimenti che cercano di osservare le onde gravitazionali vanno alla caccia di quelle onde emesse da sistemi astrofisici caratterizzati da condizioni “estreme”, come stelle di neutroni o buchi neri che hanno massa pari o superiore a quella del nostro Sole e si muovono a velocità vicine a quelle della luce. Questi sistemi emettono una quantità enorme di energia sotto forma di onde gravitazionali ma, nonostante ciò, a causa della grande distanza che ci separa dalla sorgente, la frazione che è assorbita dai nostri strumenti è così piccola da renderne l’osservazione una sfida quasi proibitiva.

Vorrei sapere se le cosiddette onde gravitazionali sono trasversali o longitudinali e se sono soggette, come tutte le onde, a possibile interferenza. In questo caso dovremmo avere due sorgenti che emettono in fase? Che cosa succederebbe, almeno teoricamente, se l'interferenza fosse distruttiva? E se fosse costruttiva? Infine, se sono onde, obbediscono a un’equazione tipo quella di d'Alembert? (Franco)

La teoria della gravità di Einstein, la relatività generale, è descritta da equazioni non lineari, a differenza per esempio dell’elettromagnetismo descritto dalle equazioni di Maxwell che sono lineari. Questo significa, in sostanza, che nel caso elettromagnetico, la somma o la differenza di due soluzioni delle equazioni è ancora una soluzione e questo dà origine ai fenomeni dell’interferenza costruttiva o distruttiva. In generale nel caso gravitazionale questo non avviene, a causa della non linearità delle equazioni. Nella maggior parte dei casi, però, noi consideriamo fenomeni “deboli”, per i quali possiamo usare un’approssimazione lineare delle equazioni di Einstein; in tutti questi casi, la propagazione delle onde gravitazionali è descritta dall’equazione di d’Alembert (con velocità di propagazione pari a quella della luce) e le soluzioni (cioè le onde gravitazionali) sono soggette ai normali fenomeni di interferenza.

risponde Gianluca Gemme, fisico

ultimo aggiornamento novembre 2017