Onde gravitazionali e buchi neri: previsione di Einstein, rilevazione da parte di LIGO (2015), buchi neri e orizzonte degli eventi, singolarità (cenni)

Spaziotempo e onde gravitazionali

Nella relatività generale lo spaziotempo è un tessuto flessibile: le masse lo deformano e la gravità è l'effetto di questa geometria. Una massa che accelera in modo asimmetrico genera onde gravitazionali, increspature che si propagano alla velocità della luce e trasportano energia. La loro intensità si misura con lo strain $h = \frac{\Delta L}{L}$, dove $\Delta L$ è la variazione di lunghezza e $L$ la lunghezza iniziale. In sintesi:

• trasportano energia lontano dalla sorgente;
• viaggiano a $c$;
• deformano lo spazio in direzioni perpendicolari.

LIGO e la rivelazione del 2015

Einstein previde le onde nel 1916, ma la rivelazione arrivò il 14 settembre 2015 con l'interferometro LIGO. Due bracci perpendicolari lunghi 4 km ospitano fasci laser nel vuoto; un'onda gravitazionale allunga un braccio e accorcia l'altro, modificando la figura di interferenza. Dalla relazione inversa $\Delta L = h \cdot L$ segue che per $h = 10^{-21}$ e $L = 4000$ m si ha $\Delta L = 4 \times 10^{-18}$ m.

Buchi neri

Un buco nero è una regione in cui la gravità impedisce anche alla luce di sfuggire. La singolarità è il centro in cui la massa è concentrata; l'orizzonte degli eventi è il confine di non ritorno. Il suo raggio è il raggio di Schwarzschild: