Non uno ma forse due telescopi "Einstein" gemelli scruteranno le onde gravitazionali entro il 2035

Da oltre 100 anni si parla di onde gravitazionali, da quando nel 1916 Einstein ne previde l’esistenza in seno alla sua teoria della Relatività Generale. Tuttavia, è servito quasi un secolo per riuscire a vederle. E’ del 2015 la prima osservazione di un’onda gravitazionale, grazie a due esperimenti congiunti, Virgo e Ligo, da parte di Italia e Stati Uniti.

Tuttavia, essendo le onde onde gravitazionali ordini di grandezza maggiori delle onde usualmente osservate dagli astronomi, per osservarle è necessaria una tecnologia completamente diversa da quella utilizzata nel “classici” telescopi.

Chi sono i candidati

Per la realizzazione di un telescopio idoneo a osservare le onde gravitazionali Italia e Paesi Bassi si stanno contendendo l’aggiudicazione di quello che dovrebbe essere il sito migliore dove posizionare questo telescopio per onde gravitazionali, il telescopio Einstein.

L’investimento è dell’ordine dei miliardi di euro, ma il ritorno non solo scientifico ma anche economico sarà un fattore tre più grande, in base ad uno studio affidato all'Università di Sassari.

Tuttavia, ci sono novità sul progetto.

Si fa strada la concreta possibilità che da questa competizione sia Italia che Paesi Bassi ne escano vincitori. Infatti, si sta valutando la possibilità di costruire due telescopi “gemelli” da posizionare appunto uno nel sito italiano di Sos Enattos in Sardegna e l’altro presso Euregio Mosa-Reno, dove Belgio, Germania e Paesi Bassi si incontrano.

In tal caso il telescopio, come spiegato più avanti, non avrebbe una configurazione a triangolo ma, ad avrebbe una configurazione a L, una L in Italia ed una L nei Paesi Bassi.

Come funziona un telescopio per onde gravitazionali

Quando si parla di telescopi si pensa generalmente al classico telescopio con uno specchio primario, uno specchio secondario (posizionato di fronte al primario), entrambi movimentati da una montatura e il tutto protetto da una cupola.

Questo è lo schema del telescopio ottico/infrarosso, cioè il classico telescopio che usiamo dalla Terra per osservare i corpi celesti nella banda del visibile (cioè quando osserviamo onde elettromagnetiche la cui lunghezza è dell’ordine del milionesimo di millimetro).

Tuttavia, quando osserviamo l’Universo a lunghezze d’onda maggiori di quelle visibili è necessario accedere a tipologie diverse di telescopio.

In particolare, maggiore è la lunghezza d’onda a cui si vuole osservare (o se vogliamo più bassa la frequenza di osservazione) maggiori devono essere le dimensioni del telescopio.

Ad esempio, per osservare le radio onde (cioè onde della lunghezza di mm o cm) si utilizzano radiotelescopi con parabole grandi decine di metri o reti di parabole distribuite su un’area in modo tale tale da simulare un unico grande radiotelescopio.

E’ il caso, ad esempio, del telescopio ALMA dell’ESO in Cile, costituito da 66 parabole (54 parabole da 12 metri di diametro e 12 parabole da 7 metri di diametro), che possono essere posizionate in modo tale da coprire una distanza di 16 km.

Questi network di radiotelescopi permettono di misurare lunghezze d’onda di millimetri/centimetri.

Per osservare le onde gravitazionali, la cui lunghezza è dell’ordine dalle centinaia di chilometri in su (fino alle dimensioni dell'Universo), è necessario utilizzare un approccio osservativo completamente diverso.

Per questo motivo, il telescopio Einstein per la rivelazione di onde gravitazionali ha uno schema completamente diverso da quello a cui si penserebbe in analogia con i telescopi ottici.

Lo schema del telescopio Einstein

Il telescopio Einstein sarà costruito sotto terra, ad una profondità tra 100 e 300 metri. Esso consisterà di tre “specchi principali”, sospesi all'interno di campane per il vuoto e collocati ai vertici di un triangolo i cui lati (ciascuno lungo 10 km) sono delle gallerie. La posizione esatta dei tre specchi viene misurata con un sistema di interferometria laser ad altissima precisione.

Vengono prodotti fasci di luce laser che, attraverso successive riflessioni, percorrono molte volte i lati del triangolo (lungo le gallerie), per poi essere ricombinati in modo da produrre frange di interferenza. Queste rimangono invariate fintantoché gli specchi rimangono fermi.

Nel momento in cui un treno di onde gravitazionali raggiunge la Terra e investe i tre specchi questi iniziano ad oscillare cambiando posizione e di conseguenza cambiano le frange di interferenza. Misurando la variazione delle frange e quindi la variazione di posizione degli specchi è possibile capire da dove arriva l’onda e ottenere informazioni sulle caratteristiche della sorgente di onde gravitazionali, che è lo scopo ultimo dell'esperimento.