Lente gravitazionale

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La deviazione della luce di una galassia distante intorno ad un oggetto massivo.
Le frecce arancioni indicano la posizione apparente della galassia distante. Le frecce bianche il reale percorso della luce
Simulazione di Lente Gravitazionale, il passaggio di una galassia dietro a un buco nero in primo piano

In fisica, in particolare nella teoria della relatività generale, una lente gravitazionale è un fenomeno caratterizzato dalla deflessione della radiazione emessa da una sorgente luminosa a causa della presenza di una massa posta tra la sorgente e l'osservatore.

La modifica che un corpo massivo provoca alla curvatura dello spazio-tempo genera un effetto simile a quello ottico di una lente, che può andare dalla deformazione apparente della sorgente, allo sdoppiamento o alla visione multipla della sua immagine. Se la curvatura dello spazio-tempo generata dalla massa è sufficientemente marcata si verifica un'intensificazione della luminosità apparente della sorgente, causata da una convergenza dei raggi luminosi. La loro concentrazione può esser focalizzata relativamente a qualche specifico posto esterno (all'orizzonte della lente); in pratica il fascio di radiazioni è convogliato verso definite regioni del cosmo e solo in specifici punti riceventi è captabile un maggior impulso energetico oppure una più elevata e stabile luminosità: ciò vale per tutta la gamma o varietà di radiazioni dello spettro elettromagnetico. (Un po' come avviene con una piccola lente ottica qualora si tenti d'infiammare un frammento di carta o d'erba indirizzando e concentrando su un loro punto la luce solare altrimenti diffusa).[1]

Le lenti gravitazionali sono osservabili sia su scala cosmica, in cui la luce di sorgenti extragalattiche viene deflessa dal campo gravitazionale, come quella d'una galassia o da un ammasso di galassie, sia perifericamente alla Via Lattea o al suo interno. Così la magnitudine apparente di stelle, ad esempio appartenenti alle Nubi di Magellano o in vicinanza del centro galattico può amplificarsi per causa d'altri singoli astri (al limite in combinazioni binaria), stelle attive o anche corpi massicci più o meno visibili come i MACHO. Su scala cosmologica i fenomeni vengono classificati usando le espressioni anglosassoni diffuse nella letteratura astronomica, quali strong lensing o weak lensing. Negli eventi entro la scala galattica si parla di microlensing o microlenti gravitazionali in quanto si tratta d'oggetti di misura circoscritta, essendo compresi nel singolo volume della galassia; qui per la produzione di tale effetto, essendo il nostro punto osservativo più prossimo ad essi, acquistano qualche rilevanza anche le rispettive velocità orbitali.

I fenomeni dovuti alle lenti gravitazionali furono previsti teoricamente poco dopo l'enunciazione della relatività generale quali sue logiche conseguenze, ma la maggior parte di essi vennero convalidati solo a partire dalla metà degli anni ottanta. Merito dei progrediti telescopi (con altissima definizione rispetto all'epoca in cui sorse l'idea) e apparati (anche satellitari) sensibili abbastanza per recepire emissioni termiche, e più deboli (come le microonde fossili della radiazione di fondo cosmico), fino ai raggi x o ai potenti lampi γ (gamma).

Rilievi teorici[modifica | modifica sorgente]

La lente gravitazionale, essendo fenomeno che intorno ad un baricentro massivo produce distorsioni sia di tempo che di spazio, incide sulla dinamica d'ogni elemento di natura ondulatoria (in prossimità di citato baricentro), non solo su traiettorie d'entità elettromagnetica ma anche su eventuali onde gravitazionali emesse o fin là propagatesi: deviandole e/o convergendole[2] in modo simile alla luce (per luce s'intenda qui anche la sua banda invisibile ai nostri occhi, di gran lunga la più ampia). Purché tali onde gravitazionali esistano concretamente e nelle modalità previste (esse sono comprese nella Relatività Generale ma ancora -a fine 2012- se n'è ricavata, unicamente tramite osservazioni astronomiche e non con esperienze di laboratorio, solo prova indiretta[3]).

Quel che in cosmologia è denominato variabile Ω(omega), ossia il rapporto fra l'energia attrattiva e quella cinetica che espande l'universo visibile (quest'ultima ora è da molti associata alla teorica costante cosmologica simboleggiata con lambda Λ: ipotesi di Einstein qual forza contrastante la gravità necessaria ad equilibrare le suscritte tendenze) è fattore determinante per la forma (e destino[4]) dell'universo. A seconda del valore (Ω ≤1 o >1) la sua metrica globale cambia, di conseguenza influisce sui raggi captati provenienti dalle regioni più distanti da noi. A seconda della densità materica (ed energetica) lo spazio cosmico assumerebbe una curvatura più o meno accentuata: o come una sfera chiusa oppure parabolica o iperbolica, o semplicemente (come ultimamente constatato) come una distesa piatta con curvature solo locali[5]; le linee calcolabili della luce trasmessa s'adatterebbero alle relative curvature dei suoi confini. L'intero universo allora (per uno spettatore sito al suo interno) funzionerebbe come lente distorcendo la percezione apparente di distribuzione, quantità e dimensioni della materia in esso contenuta. Naturalmente l'effetto più rilevante riguarderebbe le forme più remote dal punto osservativo e per la stima di omega si tenne conto dei parametri elaborati appositamente in base a tali previsioni ottiche. Ma, dalla metà degli anni 2000, a seguito di rilevamenti (principalmente satellitari) il cosmo risulta approssimativamente piatto, quindi con omega non discosto in quantità rilevante (sia in positivo che in negativo) dal valore unitario 1 e avente velocità d'espansione non nulla, anzi in aumento (con energia cinetica definibile anche con: Λ>0). Si constata che le traiettorie della luce (con l'immagine degli oggetti che essa ci reca) collimano con quelle attese secondo la geometria euclidea (ad es. la superficie d'un telo disteso) eccetto per le occasionali e uniformemente diffuse distorsioni locali (di cui fan parte appunto le lenti gravitazionali) che coincidono con la posizione delle maggiori masse celesti e dei loro contorni (considerando la cosiddetta materia oscura). In definitiva la topologia spaziale complessiva, valutata mediamente e ad ampio raggio, non sembra troppo diversa da come l'immaginarono gli antichi matematici e astronomi greci. Ma nei decenni che seguirono l'applicazione astronomica della Relatività-Generale l'interrogativo emerse e il problema fu posto[6].

L'insieme di quest'influenze gravitazionali sulle configurazioni galattiche (più visibili e calcolabili per galassie ellittiche) è anche la ragione per la quale nella cornice in cui son ritratte esse a volte mostrano (in modo più o meno accentuato) tendenza allo schiacciamento, estensione e disposizione come lungo segmenti d'una curva, parallelamente a quella del baricentro massivo che le produce. Favorendone l'individuazione da parte d'un occhio esperto che analizzi immagini astronomiche.

Il microlensing[modifica | modifica sorgente]

Il microlensing riguarda l'amplificazione o la distorsione dell'emissione elettromagnetica di circoscritti oggetti astronomici da parte di altri corpi con essi comparabili, ad esempio effetti lente fra una stella e qualche altro oggetto compatto, come un pianeta gigante o una pulsar. Generalmente si parla di microlensing galattico in quanto, essendo un effetto riguardante oggetti come stelle e pianeti, è difficile da osservare su scala extragalattica. Mentre il lensing più evidente riguarda oggetti e loro agglomerati di molti ordini di misura più grandi e lontani di quelli suddetti: come quasar, galassie individuali (soprattutto ellittiche e a spirale), o loro ammassi (e super-ammassi) e con redshift variamente distribuiti.

Genericamente si denominano micro lenti gravitazionali quegli specifici oggetti che, oltre a contribuire alla massa complessiva delle galassie producenti l'effetto lente, in particolari casi con la loro propria massa individuale riescono a produrne uno anch'essi, seppur di minor potenza e per un limitato periodo. Bodhan Paczynski, nella prima metà degli anni ottanta, valutò che tali singole entità (compresa materia oscura non visibile formata da nane brune interne alla Via Lattea), non troppo distanti dalla Terra e generalmente inferiori alle dimensioni solari (minore a 0,05 masse-solari) pur possedendo forza gravitazionale astronomicamente trascurabile, se per il complessivo moto orbitale galattico si posizionano con un notevole grado d'allineamento fra osservatore e un qualche eventuale corpo emittente, causano modifiche della luminosità percepita proveniente da tale emittente, permettendone così la rivelazione (e valutazione di rispettive proprietà fisiche), anche qualora quest'ultimi siano molto distanti. In tali casi è dunque principalmente il grado d'allineamento spaziale e ottico rispetto all'osservatore, piuttosto che elevata quantità e distribuzione della massa, a svolgere un ruolo astronomico determinante (nel senso dell'effetto lente).

Convenzionalmente si definiscono micro lenti le singole masse che attuano un'amplificazione apparente (rispetto agli osservatori) di circa il 35% della luminosità recepita. Importante è che tali variazioni sono acromatiche (cambia l'intensità ma non il colore dei raggi captati): così da poterle distinguere da alterazioni di luce di processi nucleari intrinseci alle sorgenti stellari, atti anch'essi ad intensificare le irradiazioni. Ciò permette di dedurre se le variazioni misurate dipendano o meno dall'interposizione di qualche oggetto che altrimenti sfuggirebbe alla rivelazione astronomica. La precisione dell'allineamento fra micro lente, origine emittente e osservatore, per risultare visivamente efficiente, si calcola debba quantificarsi nell'ordine dei milionesimi di secondo d'arco misurati sulla volta celeste, cioè ai limiti della sensibilità risolutiva dei contemporanei telescopi. Pur elaborando frequenza e tragitti possibili delle orbite dei più numerosi corpi di questo genere, per ora manca la capacità di prevedere in anticipo la realizzazione di questi eventi. Allora per scovare tali oggetti, a partire da dimensioni poco superiori a quella di Giove, approfittando del succitato loro effetto, si deve operare (anche appoggiandosi a conti probabilistici) monitorando ampie quantità di stelle e in più bande spettrali. Si stima che un corpo di massa solare 0,005 possa produrre un fenomeno di microlensing per circa 2 stelle ogni 100.000 anni. Nell'ultimo decennio del Novecento équipe di ricerca cominciarono a prodigarsi in tale studio, ottenendo esito positivo; come il gruppo OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) che nel 1993 concluse proficuamente l'analisi d'un milione di stelle situate verso il nostro centro galattico.

Lenti gravitazionali nell'ammasso di galassie Abell 1689; gli effetti della lente sono dei sottili archi luminosi visibili solo quando si ingrandisce questa immagine.

Anello di Einstein[modifica | modifica sorgente]

Tra i fenomeni più spettacolari prodotti dalle lenti gravitazionali v'è certamente il cosiddetto anello di Einstein. Esso si verifica quando la sorgente luminosa ed il corpo celeste che funge da lente gravitazionale risultino posti sulla stessa linea di vista rispetto all'osservatore: in questo caso, in conseguenza della simmetria circolare della configurazione ottica, si osservano non delle immagini multiple della sorgente, ma un anello luminoso centrato sulla posizione in cielo della lente gravitazionale. Però per un effetto abbastanza preciso con la visione di un vero anello è necessario che la fonte primaria di radiazione sia abbastanza compatta da apparire, rispetto al corpo che flette i suoi raggi, come un punto luminoso e altrettanto compatta dev'essere la forma della lente, affinché il fascio di radiazione infine ottenuto sia il più regolare possibile. In genere è difficile che tali coincidenze si concretizzino e dunque appaiano, nella gran maggioranza dei casi, più che veri e propri anelli è possibile osservare dei semiarchi e delle striature incurvate.

Il fenomeno dipende dal parziale diverso effetto fisico di quest'oggetto rispetto a quello d'una consueta lente ottica. Infatti in quella gravitazionale la curvatura, con conseguente modifica delle proiezioni, comprese onde con lunghezza e frequenza non visibile direttamente dall'occhio umano (come l'infrarosso), è maggiore in vicinanza del suo centro (dove risiede la materia agente) più che ai suoi confini, cioè verso i limiti del campo dove quest'azione è rilevabile. Così quella gravitazionale non possiede un solo punto focale ma piuttosto una linea focale. E a seconda dell'angolazione del punto d'origine dei raggi poi deflessi (rispetto all'asse comprendente il baricentro della massa interposta e l'osservatore), ovvero al grado di scostamento dall'allineamento preciso suddetto, la risultante apparenza può variare da una figura anellare regolare a quella d'uno o più segmenti d'arco o anche di macchie curve e allungate,[7] cioè in questa situazione (la più frequente) la luce dell'immagine si concentra solo su un tratto dell'intera curva chiusa, che nell'altro caso appariva come anello.

Un certo numero di dette sorgenti risultano comprendere colonne, in genere flussi costanti di plasma ad alta temperatura che possono restar condensati in spesse estensioni di tipo primariamente gassoso o (in minor frequenza) venir disegnate da polveri e particelle macromolecolari solide, fuoriuscenti da fonti cosmiche (in corpi singoli o raggruppati) dai quali si prolungano in spire e/o code anche molto lungi, pur senza separarsi da essi; tali concentrati getti arrivano a misurare centinaia di migliaia d'anni luce e nel vivo dell'attività espulsiva possono anche divenire potenti emettitori di raggi x. Così l'apparsa composizione ad arco, (in questo caso ellittica e non chiusa) catalogata come "MG1131+049", esaminata nelle frequenze tali da venir riprodotta su radio-carte astronomiche (realizzata, insieme ad altre, con il Very Large Array di Socorro nel Nuovo Messico), ha per causa 2 eiezioni materiche (diametralmente opposte e di diversa estensione) connesse all'energetico nucleo galattico dal quale, con tendenziale curvatura, si diramano. La cui manifestazione ottica complessiva, allungata e sdoppiata (dalla lente gravitazionale), rappresenta la struttura originaria di fronte a quella replicata virtualmente, producendo una configurazione speculare d'insieme: come se le 2 immagini mediante le protuberanze reciprocamente arcuate (l'une verso l'altre) tentassero di ricongiungersi in un ampio abbraccio celeste.

Un buco nero abbastanza massiccio ma scevro di disco di accrescimento e non accoppiato ad altri oggetti, distante da luoghi di ricezione, in prima istanza sarebbe astronomicamente invisibile; però, se fosse interposto (in asse prospettica) fra un osservatore e un sufficiente numero d'astri irradianti, fissati e approssimati nel suo sfondo e ai suoi contorni (relativi all'orizzonte cosmico), potrebbe essere rivelato. Infatti gli astri lontani normalmente si palesano, attraverso il vuoto interstellare, con diametri minuscoli e quasi concentrati in punti; per cui se la loro proiezione luminosa sfiorasse il confine fisico (orizzonte degli eventi) del buco-nero, in quell'arco spaziale, apparentemente sgombro, si disegnerebbe un'emergente e tipica configurazione ad anello di Einstein per lo stiramento (a volte concentrico) di quei punti: come se tratteggiassero il tondo bordo d'un'area cava, buia e visivamente inconsistente.

Ove un oggetto massivo (del tipo su esposto) si comporti da lente, l'eventuale deformazione e/o inclinazione delle scie visibili (consistenti di soli fotoni o anche di flussi particelle e/o atomi addensati in gas) possono differenziarsi in virtù di proprietà e dinamica, non sempre sovrapponibili, costitutive dei modelli analizzati di buchi neri e derivanti dalla meccanica dei campi di forza da essi generabili. A seconda del contesto empirico risalterebbero raggi con disposizioni varie, anche asimmetriche, causate da trascinamenti correlati ai moti specifici della materia là gravitante. Così ispirate ai paradigmi dell'impianto relativistico di Hermann Minkowski (qui espresso da reticoli di linee e nodi o griglie regolari) e associate alla metrica di regioni spaziotemporali plasmabili dai 2 generi (principalmente teorizzati) di buco-nero: l'uno statico (detto "di Schwarzschild") e l'altro rotante ("di Kerr") fisicamente il più probabile, sono elaborabili simulazioni grafiche anche per mezzo informatico (illustranti sia "buchi" con dischi d'accrescimento che senza) che descrivano le predizioni fenomeniche contemplate dall'ottica gravitazionale con, implicite, queste strutture apparenti d'aspetto ad anello.

Fra i modelli, a cui si riferiscono parte dei costrutti (simulati) sopra suggeriti, è il caso nel quale buchi neri sufficientemente pesanti (dalle decine di milioni fino alle centinaia di milioni di masse della nostra stella) fungano da lenti per il proprio disco d'accrescimento: modificandone l'immagine, mediante le possibili deviazioni e inclinazioni delle radiazioni da esso trasmesse, in buona parte rientranti nell'intervallo spettrale dei raggi X per l'alta energia termica di parte del plasma componente il piano discoidale; e considerandolo con area (attorno all'oscuro e interno orizzonte degli eventi) avente diametro nell'ordine del miliardo di km. Si può anche immaginare il complesso di queste misure spaziali paragonandolo approssimativamente ad una o due grandezze dell'orbita percorsa da Marte intorno al fuoco solare. In tal casistica, dalle simulazioni, emergono composizioni ottiche geometricamente più complesse e distintamente meno omogenee di quelle tradizionalmente pensate per illustrate la distribuzione apparente della materia in tali volumi astronomici e per tali oggetti. Ad esempio la luce, del suddetto disco, potrebbe venir deflessa in modo così potente da aggirare più volte la materia sita intorno al centrale raggio di Schwarzschild, prima di sfuggire alla forza attrattiva; suddividendo così il tracciato luminoso, della propria immagine appartenente ad una parziale sezione dell'oggetto, lungo i bordi del disco o fin ai limiti dell'area oscura interna (entro cui i raggi restano intrappolati), in configurazioni anellari concentriche (acquisibili o meno dall'occhio umano) d'ordine crescente. Oppure una porzione di tale oggetto, posteriore (relativamente a determinate prospettive osservative) e vicina alla lente gravitante, potrebbe risultare proiettata verso la parte opposta scavalcando la nera regione circostante al nucleo interposto. In quanto la luce là emessa, a motivo della prossimità con la curvatura del campo spazio-temporale, potrebbe flettersi fin ad intraprendere un tragitto parabolico, o semicircolare, a volte tendente ad avvicinarsi, o congiungersi, al fronte opposto (del disco) direttamente captabile da un eventuale telescopio localizzato su quella linea visuale, rispetto al corpo oscuro. Corpo che inoltre se ruotasse trascinerebbe i raggi fotonici (quasi come flussi liquidi in un gorgo) mostrando la figura del medesimo disco in modo più o meno compresso verso una direzione o l'altra dello spazio circostante, a seconda che il giro avvenga in senso antiorario od orario: cioè nell'immagine si realizzerebbe una "asimmetria intorno all'asse di rotazione". Tali effetti è evidente che sarebbero visibilmente pronunciati più nei pressi del baricentro massivo che lontano da esso. Altresì per codesti spostamenti ogni onda elettromagnetica subirebbe conseguenze doppler (per lunghezza e frequenza) visibili dall'osservatore. Effetto differenziato principalmente in proporzione alla distanza (della regione emittente) dalla massa del buco nero, dal momento che la gravità tende ad abbassare il livello di frequenza delle radiazioni aumentandone il red-shift; da cui le parti più interne del disco d'accrescimento apparirebbero (all'osservatore) mediamente più fredde[8] di quelle posizionate altrove.[9]

Dati questi, pur se riferiti a qualità intrinseche dei buchi neri direttamente non riscontrabili, ad esaminarli possono apportare ulteriori chiarimenti (e banchi di prova teorici) su strutture e proprietà contemplate sia dalla Relatività speciale, in merito alle variazioni ottiche e temporali create dalla dinamica luminale, che da quella generale per le deformazioni spaziali e materiali addebitabili all'interazione di energie e corpi solidi, massimamente concentrati, gravitanti. E tutto ciò indica quanto il particolare e ammirabile effetto (qui presentato) si mostri in grado di segnalare e svelare, anche tramite radiazioni visibili dall'occhio umano, natura e distribuzione di simili entità oscure soprattutto se isolate nei recessi (anche più rarefatti) dell'universo.'*'^

Origine teorica e osservativa[modifica | modifica sorgente]

La deflessione dei raggi luminosi da parte dei campi gravitazionali fu in effetti la prima affermazione verificata grazie ad una osservazione diretta della teoria della Relatività Generale.

Naturalmente la misura di tale deflessione riguarda ed è uguale per l'emissioni (comprese nell'intero spettro elettromagnetico) di qualunque fonte e di qualunque tipo: da microonde e onde radio (captabili da antenne paraboliche) ai raggi gamma, essa non è relativa alla sola luce direttamente percepibile dall'occhio umano (nudo o con l'ausilio di strumenti ottici).

Nel 1913 Albert Einstein, nel contenuto d'una breve pagina indirizzata a George Hale, ipotizza la fattibilità di provare l'incurvamento d'ogni radiazione elettromagnetica (attraversante campi gravitazionali) esaminando la luce proveniente dalle stelle fisse apparentemente site in prossimità del Sole. Ma in tale scritto la quantità calcolata per l'angolazione dei raggi luminosi risulta di soli 0,84" (secondi d'arco); successivamente questa misura proposta venne rettificata, dal medesimo autore, con una quantità equivalente a poco più del suo doppio: ossia in 1,75"[10], cifra convalidata dalla rilevazione astronomica realizzata dopo circa sei anni dall'invio della lettera sopra ricordata. In essa (tracciato da Einstein) si nota lo stilizzato bozzetto ove la linea d'una radiazione, iniziata nel punto sinistro dello schema, si piega vicino al bordo d'una circonferenza, il disco solare, e continua così appena declinata verso il punto opposto. Probabilmente è il primo diagramma esposto a terzi che illustri il fenomeno qui trattato.[11]

Nel 1919, durante un'eclissi di Sole, l'equipe guidata da Arthur Eddington osservò che la luce delle stelle nei pressi del disco solare era leggermente deviata, dato che le stelle apparivano in posizioni spostate rispetto al caso in cui erano osservate usualmente.

Dichiarazione ed esposizione della conferma del calcolo relativistico (secondo la citata previsione avanzata da Einstein), risultante dall'analisi d'una parte di lastre impresse durante l'esame strumentale dell'eclissi suddetta, venne riferita il 6 novembre del 1919 a Londra dinanzi alla Royal Society e alla Royal Astronomical Society: riunite nella stessa seduta per l'eccezionalità dell'evento che sanciva il superamento dell'impostazione teorica fin allora dominante nello studio scientifico dell'universo. Difatti pure secondo la meccanica gravitazionale newtoniana era prevedibile uno spostamento dei raggi luminosi dovuto all'attrazione delle masse cosmiche (vedi ipotesi di J.Michell o di Pierre-Simon de Laplace), ma la differenza rilevante imposta dalla Relatività Generale implica in più l'effetto della distorsione temporale (con valore simile a quella unicamente spaziale alla quale va sommata) anch'essa causata dalla metrica del campo gravitazionale: fattore del tutto ignorato nell'opera di Newton.[12][13]

Sviluppo tecnologico e conferme[modifica | modifica sorgente]

Analisi più accurate delle predizioni relativistiche, con esito positivo, s'eseguirono quando l'innovazione tecnologica (negli anni '30) permise l'impiego d'antenne telescopiche capaci di captare le onde-radio degli emittenti celesti che ciclicamente s'eclissano dietro al nostro Sole[14]. In effetti dal '37 (per merito di Grote Reber) furono disponibili gli iniziali prototipi di radiotelescopio, ma l'impiego di questa tecnologia per una precisa e incontestabile asseverazione dei descritti spostamenti fu attuata solo a partire da circa i 30 anni seguenti; mediante lo studio delle deviazioni angolari, congiuntamente ad una diminuzione delle rispettive frequenze, relative ai flussi radio la cui traiettoria (rispetto all'osservazione terrestre) è periodicamente occultata dal Sole (con tali applicazioni si registrano persino differenze a livello di micro-secondi d'arco). Inoltre furono d'allora effettuati esperimenti specifici che comprendevano anche lo studio d'onde emesse appositamente da sonde (quali le Viking) e quelle riflesse dai pianeti (apparentemente) passanti vicino al bordo solare, come la ricerca proposta da I.Shapiro nel 1964 (misurante anche i ritardi del ricevimento dei segnali dovuti alle loro curve nel campo gravitazionale) nei cui diagrammi riepilogativi, come quello relalitvo all'eco radar di Venere[15](nel diagramma cartesiano l'ordinata indica il ritardo in microsecondi e l'ascissa il tempo in giorni) appare un esaustivo accordo con i conti predittivi relativistici[16].

La congrua discrepanza dei calcoli, fra moti e deviazioni (di particelle, fotoni o oggetti macroscopici) relativistici, rispetto alle precedenti impostazioni teoriche, è anche da imputare alla diversa concezione di ponderabilità della massa che esse sottintendono e dunque dei suoi effetti conseguenti sul piano gravitazionale. Per la dinamica newtoniana la massa (m) inerziale è statica e determinabile in quantità assoluta, a prescindere dal suo stato (immobile, inerziale, o accelerato); mentre la relatività distingue massa a riposo (o in stato di quiete) m(0), e massa dinamica m(v): cioè massa incrementata da energia cinetica, e per estensione del principio da ogni forma d'energia assorbita dal corpo; energia (totale) che così interagisce e influisce sulle quantità complessive misurate[17], e tali effetti si esercitano reciprocamente (in modo attivo o passivo fra i rispettivi elementi presenti nel medesimo campo spaziotemporale). In generale qualsiasi forma d'energia, come quella dell'intera gamma, ossia l'ampiezza del dominio dello spettro, delle radiazioni elettromagnetiche[18]), e quella scaturente dalla pressione, è suscettibile di modificare la misura della massa gravitazionale, alterando la componente spaziale circostante e il ritmo temporale (cioè la grandezza dell' intervallo fra un evento e l'altro in successione) che vi è correlato. Tale variazione è rivelabile solo se confrontata col ritmo d'orologi situati altrove, in una regione non col medesimo grado di curvatura.

[Si rammenta che l'insieme delle coordinate (dette metrica) dello spazio-tempo (per convenzionale analogia raffigurativa) è immaginabile (e approssimativamente funziona) come una superficie (bidimensionale) liscia ed elastica e con su disegnato un reticolo di linee, la cui estensione, pur se sollecitata, ha un andamento continuo: cioè senza interruzioni nodi o punti discreti e distinti (chiamati singolarità) e senz'alcuna arbitrarietà e casualità nel meccanismo delle variazioni energetiche,[19]con proporzionale reciproca modifica delle coordinate (rappresentate dal suindicato reticolo di linee).[20] Ed in presenza d'energia[21], particolarmente in forma di corpi planetari o stellari, statica o che la percorra: s'increspa, flette o s'incurva. E di conseguenza ogni massa che spazialmente vari propria posizione o volume: accelerando o asimmetricamente implodendo o esplodendo, provoca perturbazioni propagantesi in qualità d'emissioni (onde gravitazionali) che, se detta massa è sufficientemente elevata, la teoria consente che possano venir rilevate anche a numerosi parsec/anni-luce di distanza con apposita strumentazione, come quella progettata per il programma LIGO. Per visualizzare mentalmente l'effetto d'elevate masse concentrate (ad esempio un nucleo residuo di supernova) in qualche luogo s'immagini la relativa porzione (dell'ipotetica superficie occupata) somigliare ad un imbuto, il cui livello di profondità può variare, il quale se raggiunge il limite critico relativisticamente previsto diviene un pozzo gravitazionale creando infine un black-hole (buco-nero, cioè vero e proprio intervallo/cessazione del normale e succitato continuum spaziale che lì eccezionalmente convergerebbe in singolarità). Ogni entità (qualsiasi quantità e/o oggetto definibile e ponderabile fisicamente) relativamente a posizioni, densità materica, energia complessiva (compresa la cinetica e vettoriale), tende ad adattarsi a suddetti avvallamenti: ruotandovi intorno o all'interno, allontanandosene (centrifugamente) oppure a discenderli, nel tentativo di raggiungere l'equilibrio tra le varie forze dinamiche che interferiscono con la propria inerzia.[22] La luce percorre geodetiche attraversando tali curvature spazio-temporali. Ed essendo costituita da fotoni, che non possiedono massa propria ("di quiete" o "a riposo") diversamente dalle particelle di materia inter-atomica, si sposta nel vuoto[23] alla massima velocità raggiungibile dai segnali: definita appunto velocità luminale[24] e con simbolo c (ma è la stessa con cui si propaga la gravità non solo nel vuoto ma in qualunque elemento e mezzo interposto); proprietà che consente ai raggi elettromagnetici di compiere le traiettorie geodetiche più precise e perfette possibili. Quest'insieme di fattori contribuisce ai fenomeni fin qui e di seguito presentati.[25]]

Un'ulteriore conferma della teoria, dedotta dall'osservazione diretta d'un'immagine sdoppiata dall'effetto del campo gravitazionale, fu ottenuta nel 1980. Il 29 marzo di quell'anno si scoprì la presenza di due quasar molto particolari: oltre ad essere molto vicini tra loro, erano praticamente identici in quanto a luminosità e spettro.
In un primo momento venne avanzata l'ipotesi che si trattasse di un quasar doppio, considerata la frequente osservazione in precedenza di oggetti astronomici doppi (ad esempio le stelle). Tuttavia dall'esame del suo spettro luminoso si dedusse che la luce, proveniente dal supposto quasar binario, aveva attraversato una nube di gas e polveri e nonostante ciò le due immagini risultavano praticamente identiche. Questa particolare caratteristica sarebbe anomala, poiché per presentarsi tale similitudine sarebbe necessario che l'agglomerato gassoso, attraversato dalla radiazione luminosa, sia perfettamente omogeneo in ogni punto.
Si giunse dunque alla conclusione che si era davanti alla prima osservazione diretta dello sdoppiamento dell'immagine d'un corpo cosmico, provocata da un campo gravitazionale.

Si trattava del quasar classificato: 0957+561 A B, il cui sdoppiamento nelle due apparenze (una di esse è la visione diretta del corpo reale) risultavano reciprocamente a 6" d'arco di distanza angolare. Quest'esplorazione della sfera celeste fu cominciata durante il 1979 da D.Walsh (Università di Manchester), R.F.Carswell e R.J.Weyman. E successivamente a tale rivelazione venne (nel 1981) individuata anche la galassia che lo provocava in qualità di lente: in precedenza questa restava invisibile per la minore risoluzione ottica della strumentazione, le cui foto mostravano solo i punti luminosi (risultanti dell'effetto) della Quasar[26]; fu così ottenuta la definitiva convalida di quest'aspetto fenomenico implicito nell'impianto teorico relativistico. La fattibilità di questa direzione di ricerca era stata rilanciata nel 1937 dal noto astronomo Fritz Zwicky, che allora preannunciò l'importanza delle galassie quali efficienti motori gravitazionali in grado di curvare, in modo rilevante, lo spazio-tempo.[27][28]

Uno degli ulteriori eventi, confermanti tale effetto ma riguardante altra categoria di corpo celeste, si è verificato nel 1996 con MACHO-96-BLG-5.

Argomenti correlati e controversie[modifica | modifica sorgente]

Tale scoperta ispirò al famoso scienziato statunitense John Archibald Wheeler un esperimento "ipotetico" (del tipo cosiddetto "a scelta ritardata"), analogo a quelli eseguiti con l'apparato strumentale interferometrico "Mach-Zehnder". Però la novità, nel caso ipotizzato, è che la biforcazione delle possibili traiettorie percorribili e l'indirizzamento, o la suddivisione in esse, dei fasci luminosi emersi dal quasar, verrebbe prodotta inizialmente dal campo della galassia otticamente interposta fra sorgente e rivelatore del laboratorio terrestre; galassia posizionata dunque a distanze astronomiche da noi. Perciò in tale esperimento il "postulato di proiezione", specifico della disciplina quantistica, s'applicherebbe su scala cosmica ed ergo con la possibilità per gli osservatori d'intervenire retroattivamente: dal laboratorio alla realtà passata, indietro fin nel punto di divergenza dove l'antico e originario impulso di fotoni potrebbe scindersi (differenziandosi, perdendo correlazione e coerenza) oppure sovrapporsi (in stati lineari secondo la norma quantistica). Così malgrado quei due tracciati transitabili siano iniziati in altra epoca, la modalità del tragitto percorso in essi, dal fascio fotonico, risentirebbe dell'influenza esercitata dalle operazioni finali, opportunamente scelte, praticate dagli esaminatori presenti.[29]

La qui adombrata idea di Wheeler contempla incursioni nell'epistematica della meccanica e cosmologia quantistica. E tuttora viene adottata da nuclei di sostenitori del "principio antropico" che basano la loro impostazione di ricerca sulla prassi definita "top-down", ossia: "l'impostazione della cosmologia in cui si ricostruiscono le storie dell'universo -dall'alto verso il basso- cioè al ritroso nel tempo dal momento attuale".[30]

Dopo la prima osservazione diretta di una doppia immagine provocata da una lente gravitazionale, si effettuarono le prime osservazioni di immagini triple e poi quadruple, tra cui la croce di Einstein. Nel 1986 venne osservato per la prima volta quel fenomeno che prende il nome di anello di Einstein.

Complessivamente esistono due categorie di "lenti". Quelle di massa compatta e unica, che possono far da schermo alla sorgente dei raggi da esse incurvati (e quindi focalizzati solo intorno, o perifericamente, al centro materiale della lente); e quelle dette "trasparenti" che invece lasciano trapelare, direttamente attraverso il proprio spazio interno, la figura della fonte irraggiante e retrostante. Ciò avviene in quanto, le seconde, son composte da insiemi di galassie le quali, pur se con un baricentro attrattivo comune, restando sufficientemente separate l'una dall'altra non impediscono all'eventuale emittente luminosa (ad es. una galassia ellittica) d'esser intravista direttamente dal sistema osservativo.

Un particolare tipo di "miraggio" da lente contribuì ad alimentare qualche dissidio nel corso della ricerca astrofisica. L'immagine d'un lontano quasar, il quale protenda da sé un lungo flusso di materia, in genere altamente energetica e quindi in qualità ionizzata (o di plasma), se prospetticamente allineato con altro centro galattico, agente da sua lente amplificatrice ma molto meno distante dall'osservatore astronomico, può far apparire i due corpi siderei, pur se remotamente separati, come invece reciprocamente interagenti tramite quell'esteso getto filante (spesso simile ad una coda infuocata). Così che essi, sebbene rivelino red-shift e caratteristiche accentuatamente incompatibili per considerarli vicini, sembrano come accoppiati da ponti di materia: infrangendo, se fosse davvero così, il corrente principio dominante in ambito scientifico. Il noto astrofisico Halton Arp anche per configurazioni visibili di questo tipo, da altri ascritte solo all'effetto ottico gravitazionale, avanzò le proprie critiche al canone prevalente ora in cosmologia: contestando la validità interpretativa delle recessioni galattiche incentrata sul modello standard (inerente al big bang). Giudizio contrario all'interpretazione della maggioranza della comunità scientifica che, osteggiandolo, continuò a ritenere l'intrinseco spostamento della luminosità astrale (verso le basse frequenze) soprattutto un basilare indice delle rispettive velocità espresse dagl'insiemi materiali (spazialmente distribuiti e in reciproco allontanamento) e commisurate alla dinamica dell'universo: in continua espansione, ora si calcola anche accelerata da una costante cosmologica Λ (lambda, energia repulsiva del vuoto cosmico contraria alla gravità) la cui prima formulazione risale ad Einstein (questa ch'è stata osservata ora è chiamata anche "energia oscura" dai fisici più cauti) e in globale trasformazione strutturale.[31][32][33]

Usi specifici delle lenti gravitazionali[modifica | modifica sorgente]

Si cerca di sfruttare questo fenomeno in particolare per studiare le zone più remote dell'universo, o per individuare corpi astronomici meno evidenti: sta così sviluppandosi l'ottica gravitazionale che s'occupa di misurare, con l'aiuto delle lenti gravitazionali, le proprietà di stelle e quasar più lontane o d'altri oggetti più piccoli od occultati da altra materia cosmica. In particolari condizioni tal effetto intensifica l'immagine di questi oggetti e ne curva la traiettoria delle radiazioni convergendole verso l'osservatore, permettendone così la rilevazione.

Inoltre la dinamica del fenomeno permette di conoscere con più accuratezza la distanza dall'oggetto osservato. Sapendo che le doppie immagini che ci raggiungono percorrono lunghezze differenti è possibile, valutando il ritardo con cui appare una loro eventuale variazione di luminosità, ricavare una stima della lontananza dell'oggetto emittente (qualora esso abbia una temporale e costante variabilità intrinseca dipendente dalla sua natura e dinamica fisica, già conosciuta dall'osservatore in oggetti analoghi o simili).

Il metodo suindicato fu in buona parte applicato allo scopo di migliorare e affinare il fattore calcolato per la costante di Hubble (e delle sue possibili variazioni) e quindi il ritmo d'espansione globale dell'universo; nonché per comprendere la distribuzione complessiva della densità d'energia (radiante, cinetica, massa dei corpi solidi) pur in quelle regioni più lontane dal nostro sistema solare e prossime al nostro orizzonte degli eventi. Se, ad esempio, le variazioni radiative osservate avvengono con le modalità specifiche dei modelli relativi a campioni cosmici di riferimento (quali variabili Cefeidi, supernove di classe Ia, rotazioni galattiche per relazione Tully-Fisher, stelle super giganti rosse...), conoscendo forma e concentrazione di massa dell'interposta curvatura di campo (gravitazionale), dai segnali evidenziati delle fonti luminose (seguenti all'amplificazione da lente) si può dedurre empiricamente (applicandovi la spettroscopia) la proprietà originaria (opportunatamente scelta) della radiazione che emisero, quindi individuarne anche la velocità di allontanamento (con eventuali accelerazioni o rallentamenti) rispetto al punto di controllo terrestre: dati ed elaborazioni indispensabili per il fine proposto.[31][34]

Fra i principali enormi ammassi galattici, che si comportano in qualità di potenti lenti relativistiche, se ne scrutano 2 in particolare: catalogati come Abell-2218 e l'altro come Abell-1689, le cui strutture son stimate rispetto a noi a circa 3 miliardi di anni-luce per l'uno e a 2.200.000.000 di anni-luce per l'altro (in quest'ultimo caso, valutando dinamica e intensità della luce deflessa, la maggior parte della sua materia è considerata oscura e periferica, probabilmente non-barionica e forse materia esotica).[35] Questi focalizzano e c'inviano immagini, ad essi retrostanti, risalenti ad oltre i 10 miliardi di anni (in tempo-luce) dall'epoca attuale. Gli oggetti più lontani, molti sono quasar (QSO) e aggregati di stelle, azzurre o blu, massicce e contenenti quasi esclusivamente idrogeno(simbolo H), in genere dai 5 miliardi d'anni in poi, ci appaiono mediamente diversi dai più prossimi in quanto osservati nelle fasi nascenti del loro sviluppo: con le lenti (su indicate) si arriva a periodi che seguono solo di circa 2 miliardi d'anni il big bang. Si possono così studiare gli originari processi che dirigono la produzione e formazione delle strutture stellari complesse nel loro stadio ancora acerbo, come in quello di proto-galassie.

Non di meno, in quelle regioni anche la proprietà globale dell'universo si presenta differente, stando esso in continua espansione; allora esplorandolo in profondità si procede a ritroso nel tempo, quindi inoltrandoci progressivamente nel passato delle sue condizioni ne sperimenteremmo, via via, la riduzione del volume proporzionalmente con una maggiore concentrazione di materiaa e un aumento di temperatura. E poiché si reputa che, fin dalla sua genesi, sia quasi del tutto isotropo (cioè, per grandi misure, uniforme e omogeneo in ogni parte): pur esaminandone qualche limitata sezione possiamo sentirci in grado d'inferire la configurazione della sua intera architettura, anche la più antica e remota.

Dai primi anni'80 venne formulata un'ipotesi teorica secondo cui potrebbero esistere stringhe (o corde) di grandezza rivelabile astronomicamente nello spazio attualmente osservabile. Esse sarebbero un risultato della genesi inflazionaria (e dominata dalla costante Λ) del nostro universo. Infatti se le basi della materia fossero stringhe vibranti submicroscopiche, come prevede la nota teoria delle superstringhe, fluttuazioni quantistiche e inflazione cosmica, combinate insieme, potrebbero esserne all'origine; in quanto occasionalmente qualcuna delle suddette superstringhe sarebbero state enormemente amplificate, a partire da dimensioni sub-particellari a quelle astronomiche, da fasi casualmente avvenute durante l'espansione esponenziale (risalenti al big-bang) descritta dalla teoria inflazionistica dell'universo. Le stringhe cosmiche quindi consisterebbero di lunghi e stretti tubi di materia compattata, contenenti dense concentrazioni d'energia di falso vuoto. La loro energia complessiva produrrebbe potenti campi gravitazionali tali da fungere come rilevanti lenti gravitazionali. Ma esse avendo aspetto sostanzialmente differente da altri enti gravitazionali dovrebbero produrre anche effetti, soprattutto ottici, con proprietà ben distinguibili. Il principale dei quali è che i raggi, provenienti da emittenti ad esse retrostanti, sarebbero deflessi intorno alla loro struttura, in quanto filiforme, così d'avvicinarsi l'un all'altro molto più che nei pressi delle consuete lenti gravitazionali. Le immagini della figura d'una galassia, sdoppiata e proiettata (verso il punto osservativo astronomico) da tale effetto, apparirebbero molto accostate fra loro; inoltre la stessa sorgente luminosa resterebbe sempre visibile anche se posta dietro la massa della stringa, data la stretta struttura d'ognuna di tali eventuali entità cosmiche.

Se lo studio astrofisico approdasse a convalida empirico-osservativa di suddette strutture significherebbe che: 1) la teoria subnucleare delle superstringhe conterebbe su un indizio d'indubbio valore a proprio sostegno; 2) la conferma della loro esistenza rappresenterebbe una riprova della giustezza dell'attuale e principale teoria cosmologica e/o delle sue ultime varianti. Infatti uno dei primi a teorizzare sulla loro esistenza fu Alex Vilenkin (attualmente dirigente dell'Istituto di Cosmologia alla Tufts University,di Boston), fra i massimi esperti della teoria cosmologica dell'inflazione (e autore d'una sua variante). Egli presentò una delle primissime tesi sull'argomento al "seminario Nuffield" (dedicato all'astrofisica) nel 1982, tenuto all'Università di Cambridge (del Regno Unito): seminario voluto e diretto da Stephen Hawking. E Vilenkin ha succintamente inserito questo tema (delle stringhe cosmiche) nel testo (ai capp.6° e 15°) in cui espone le cognizioni sull'inflazione cosmica e la sua variante concernente singoli universi racchiusi come bolle all'interno del bulk, una parte dei quali in inflazione e/o espansione eterna (fra cui il nostro): libro che egli nel 2006 pubblicò negli USA col titolo "Many Worlds in One. The search for other Universes".

V'è comunque da notificare che tali strutture (stringhe o corde cosmiche) finora, anno 2012, ancora non sono state evidenziate da nessun tipo d'esplorazione telescopica e strumentale in genere, dunque esse restano nell'ambito ipotetico e quale obiettivo d'ulteriore ricerca e dibattito scientifico.

Più recentemente, nel 2010, venne presentato un progetto di ricerca da parte di Amitai Y.Bin-Nun, astrofisico dell'Università della Pennsylvania di Philadelphia, che propone d'indagare la potente fonte celeste radio-emittente posizionata nei pressi del centro della Via-Lattea e denominata Sagittarius A* e che dalla ricerca astrofisica di questo scienziato e suoi collaboratori risulta comportarsi come lente gravitazionale, per la luce delle stelle orbitanti intorno ad essa, dovuta ad un buco-nero molto massivo al suo interno. Per tale studio è stato considerato sia un buco massivo neutro e sia con carica (Q). In sintesi, essi ipotizzano che tal effetto possa ritenersi compatibile con una distorsione metrica, di quel campo relativistico, causata complessivamente dall'influenza d'una quinta dimensione spaziotemporale (o quarta solo spaziale): secondo l'impostazione pluridimensionale del tipo M-brane, più specificatamente nella variante teorizzata dai fisici nucleari Lisa Randall[36] e Raman Sundrum (che prende da essi il nome), "... lo scenario Randall-Sundrum del braneworld ammette una metrica di questa forma"(Bin-Nun)[37]. E che laggiù la potremmo scoprire calcolando le previsioni sull' effetto lente normalmente atteso, per i circostanti corpi irradianti, e confrontando con l'esito delle sequenziali misurazioni le predizioni contestuali a quel particolare modello cosmologico scelto. È necessario il protrarsi dell'osservazione per qualche anno per valutare con l'indispensabile fine precisione e certezza (anche per aspettare il compimento degli spostamenti stellari) il tipo d'accentuazione della luminosità (in alcuni aspetti al limite del 40-44% più di quella già prevedibile in via consueta) la quale, se si verificasse approvando il citato modello, sarebbe il prodotto dell'influenza della curvatura gravitazionale amplificata o catalizzata da una dimensione extra: la lunghezza che per la "Randall-Sundrum II" distanzierebbe nel volume dell'ipotetico bulk, ov'è probabilmente immerso il nostro mondo esperibile, la nostra brana tridimensionale da altra superficie egualmente tridimensionale ma a noi invisibile poiché interagente solo tramite i gravitoni; fuori così dalla portata della rivelazione empirica recepibile direttamente da apparecchiature ora disponibili. La ricerca di tal indizio a livello astronomico (quindi alternativo alla ricerca che solitamente, a questi fini, è rivolta alla realtà sub-atomica e usa i collisori di particelle) si manifesterebbe unicamente utilizzando la lente gravitazionale, che nel programma proposto dipende da forma e quantità di massa contenuta in Sgr A*^^.[38] Le lenti gravitazionali possono rivelarsi utili anche per individuare esopianeti, e appunto nell'aprile 2004 a circa 17000 anni luce da noi fu rilevata una nana rossa che si comporta da lente per un'altra più distante stella, ma valutando l'effetto gravitazionale complessivo, in questo caso di microlesing, si scoprì che la stessa nana rossa deve ospitare nel suo sistema un pianeta della misura approssimativa di Giove[39]. La lente gravitazionale si rivela non meno importante per la misura della materia oscura intorno alle galassie e ai loro rispettivi ammassi. In quanto oltre a contribuire alla modifica di traiettoria e ottica delle proiezioni elettromagnetiche, l'andamento delle linee di luce che per effetto gravitazionale si nota intorno agli oggetti visibili c'indica che essa oltre ad esser presente in quantità cospicua (all'incirca per un 25% della massa cosmica) è anche disposta con regolarità abbastanza uniforme; altrimenti essendo le lenti percepibili aggregate casualmente e quindi con posizioni (e strutture) irregolari nello spazio, la radiazione curvata dovrebbe presentare un'irregolarità corrispondente a quest'ultime: ben maggiore di quella misurata.

Conclusioni[modifica | modifica sorgente]

Lo straordinario fenomeno qui presentato (la lente gravitazionale) ci aiuta a capire storia ed evoluzione cosmica e quindi a verificare empiricamente le basi della fisica conosciuta e se, per suo mezzo, si perverrà anche ad un'eventuale definitiva e sicura valutazione della costante di Hubble e/o d'una sua possibile variabilità temporale; o al chiarimento degli altri quesiti: quali la concreta portata e natura dell'energia oscura (o antigravitazionale) che par domini l'intero arco dello spazio-tempo (fin dalle sue origini) e un'accurata determinazione della materia invisibile (esotica e/o non-barionica) ch'avvolge galassie e loro insiemi; o addirittura la rilevazione d'un'ulteriore dimensione spaziale e temporale finora sfuggita all'esame osservativo (suggerimento della pioneristica ricerca proposta dal gruppo astrofisico dell'Università della Pennsylvania*^^): allora esso ci avrà aiutato a comprendere meglio il posto della nostra nicchia esistenziale nel profondo dell'ecosistema cosmico, ad aprire gli occhi su nuove frontiere ed anche a immaginare più correttamente la meccanica futura (una sua durata eterna, un'eventuale sua radicale trasformazione o la fine) dell'essenziale materia, che conosciamo e ch'edifica da almeno 14 miliardi d'anni l'intera realtà di cui siam parte, sia oggettiva che soggettiva.[31][35][40][41][42]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Enciclopedia della Scienza Volume I "L'universo"(Milano,2005)-curatore: prof.G.F.Bignami(Università di Pavia);William j.Kaufmann"Le nuove frontiere dell'Astronomia"cap.15(Sansoni -Firenze,1980):"...un buco nero può focheggiare la radiazione in certe direzioni in modo che un osservatore distante potrebbe vedere un impulso eccezionalmente intenso d'energia."
  2. ^ William J.Kaufmann,Op.cit.
  3. ^ Vedi la pioneristica ricerca di Joe Taylor e Russell Hulse riguardo alla prima pulsar binaria scoperta nel 1974. Quest'insuccesso nella rivelazione diretta di tali onde è perlopiù addebitata all'evanescente effetto che la loro ampiezza produrrebbe su campioni di prova. Il principio dello studio si può illustrare secondo questo criterio: poste 4 masse libere disposte in formazione circolare, cioè a formare una circonferenza, se attraversate da un'onda gravitazionale esse tenderebbero a riposizionarsi in forma ellittica; e la differenza tra il raggio del cerchio e quello dell'ellisse è rappresentato con ΔL = hl, in cui h qui designa l'ampiezza dell'onda gravitazionale. Quindi l'ampiezza di tale onda è definibile h = ΔL/L; e si calcola che il valore di h sia molto basso; ad esempio un'esplosione di supernova interna alla nostra Via Lattea ci potrebbe inviare un'onda che diffondendosi nello spazio qui toccherebbe eventuali corpi, appositamente posti a distanza L, con ampiezza (h) all'incirca uguale a 10-18, e ovviamente se provenisse da oltre i confini galattici sarebbe ancora meno rilevante; se fosse emessa dalla "Virgo Cluster" che è lontana un equivalente di circa 1000 diametri galattici il valore dato infine aumenterebbe in negativo di tre grandezze, cioè a 10-21, l'osservazione potrebbe consistere nel misurare il risultante allontanamento dei corpi di prova. Se il riferimento di misura è metrico, come s'evince si tratta di grandezze addirittura sub-atomiche (al proposito si veda "La ricerca delle onde gravitazionali" su "Le Scienze quaderni" n°97 di marzo 2000, che espone il sistema di rivelazione denominato VIRGO )
  4. ^ S'è stimato che una minima variazione della densità media della distribuzione materiale intorno alla quantità di 10-29 grammi x cm3 può determinare l'apertura o la chiusura dell'universo, ossia una sua futura lenta morte entropica, nella finestra temporale dei 10100 anni, oppure un suo riciclo finale nel cosiddetto big-chrunch.
  5. ^ È specificato da Lawrence M.Krauss (vedi suo articolo su "Le Scienze" n.367 del 1999) che generalmente si indica come "grandezza W" il rapporto fra la densità di materia/energia effettiva e quella necessaria affinché l'universo risulti piatto.
  6. ^ Vedi lo schema: "La geometria dell'universo" in "L'inflazione in un universo a bassa densità" di M.A.Bucher e D.N.Spergel,Le Scienze n.367,1999 come riportato su: "Cosmologia" <Le Scienze-quaderni> n°117 dicembre2000.
  7. ^ Puntualizzazione presente anche sulla corrispondente voce pubblicata in Wikipedìa di lingua inglese.
  8. ^ Più oculatamente: le radiazioni escono dai flussi che spiraleggiano oppure cadono (con rapidità diversa) attorno alla regione oscura, con potenza emittente direttamente proporzionale all'energia (che può definirsi termica) sprigionata dall'attrito molecolare e atomico. Ergo, forma e intensità captabili dei raggi son qui risultanti dell'equilibrio tra l'energia radiante di tal moto turbinoso e il nero centro massivo che indebolisce la fuga nel vuoto spaziale esterno dei fotoni (se questi avessero massa ne diminuirebbe pure la velocità che invece rimane costante).
  9. ^ Per approfondimento e le elaborazioni diagrammatiche dell'argomento, qui solo sommariamente presentato, vedasi l'articolo di N.Quien e colleghi indicato nella bibliografia di questa voce.
  10. ^ L'espressione finale di Einstein fu Δφ= 4GMR/c2Rr: R indica il raggio geometrico della sfera solare ed r la minima distanza della traiettoria dell'emissione stellare di cui valutare lo scostamento dal centro solare, così risultò il piccolo angolo di deviazione ΔΦ che fu accertato (riferimento a "Einstein"-Le Scienze vol.n°6 anno2000).
  11. ^ Silvio Bergia. Einstein Albert: quanti e relatività, una svolta nella fisica teorica. Monografia n° 6 - supplemento a Le Scienze n° 364, dicembre 1998.
  12. ^ John Gribbin, La relatività della geometria in Costruire la macchina del tempo, Aporie, 1997. ISBN 978-88-85192-13-3.
  13. ^ Einstein "la teoria della relatività" (Teoria del campo gravitazionale: "comportamento dei campioni di lunghezza e degli orologi nel campo gravitazionale statico. Curvatura dei raggi luminosi. Movimento del perielio delle orbite dei pianeti") 1980 Newton editrice
  14. ^ Le onde delle radiosorgenti sono distintamente riconoscibili e si confondono molto meno con la luce del sole della semplice luce stellare visibile
  15. ^ riferimento a "L'eredità einsteniana" nel volume n°6 "Einstein" -Le Scienze- (anno 2000)
  16. ^ Un'esposizione della serie di tali esperimenti è complessivamente leggibile nel libro di Martin Kornelius in "Einstein Light" edito da "Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & CO.KG,Munchen in Germania e in Italia da "MacroEdizioni" nel 2005 (e aggiornato nel 2007).
  17. ^ Questa svolta fondamentale della fisica derivò dal superamento concettuale dell'indipendenza del principio di conservazione dell'energia e quello della conservazione della massa "...Per mezzo della teoria della relatività essi sono stati riuniti in un solo principio...", cioè Einstein valutò che ogni conservazione di quantità debba applicarsi anche a sistemi reciprocamente in moto l'uno rispetto all'altro, ossia "ogni sistema di coordinate K' che sia in stato di moto traslatorio uniforme relativamente a (l'altro) K". A questo scopo fu da lui adottato il calcolo delle "trasformazioni di Lorentz", operazione che egli stesso Einstein definisce "in contrasto con la meccanica classica" (citazioni da "Relatività ristretta" par.15"risultati generali della teoria" pag.79. Albert Einstein "Relatività esposizione divulgativa" Ed. Boringhieri 1967). Questo, come brillantemente fa notare Feynman, comporta che 2 corpi accostati "dolcemente" formino complessivamente un altro corpo che è all'incirca la somma di essi prima separati, se invece si accostano con movimento rapido o violento il risultato è un insieme "che ha massa più grande". E sperimentalmente si constatò come ad esempio una massa composta dall'assemblamento di un protone e un neutrone non risultò M = 2m0 (cioè 1m + 1m) ma 2mw per cui "la massa in eccesso dev'essere uguale a quella cinetica coinvolta nel sistema", poiché i 2 corpi subatomici stanno in rapido movimento all'interno dell'insieme M (Richard Feyman "sei pezzi meno facili" cap.4, par."energia relativistica", ADELPHI Edizioni 2004).
  18. ^ Einstein, Op.cit. cap.11 paragrafo 14 -Newton editrice 1980
  19. ^ Quest'assoluto continuum di valori spaziali e temporali, specialmente per tale campo, è il principale ostacolo per unificare compiutamente relatività e quantomeccanica. È difficile fondere in modo soddisfacente teoria gravitazionale quantistica e relativistica poiché la prima richiede uno spaziotempo discreto (come il campo elettromagnetico nell' elettrodinamica quantistica) l'altra invece graduale e continuo (vedi tentativo di Einstein scritto nel 1950 per Scientific American e più recentemente da Tullio Regge: articoli entrambi riproposti in apertura da Le Scienze-quaderni" n°97 di marzo 2000).
  20. ^ Argomento e termini dagli articoli originali di A.Einstein raccolti in Op.cit.
  21. ^ La genericità è quasi d'obbligo, perché pure la pressione interna o il calore modificano la misura d'un qualche massa e dunque la rispettiva gravità risultante
  22. ^ Richard P.Feynman, Capp. 4 e 5 in Sei pezzi meno facili, Adelphi, 2004. ISBN 978-88-459-1870-4.
  23. ^ Cioè percorsi liberi da materia. Ricordando che la gravità interagisce con essa (riguardo alla frequenza) ma senza rallentarne la cinetica.
  24. ^ La velocità della luce è una costante universale.
  25. ^ Un'analogia originale e memorabile per illustrare quel che qui è stato sommariamente sintetizzato, sull'interazione gravitazionale, la si può trovare pure nell'introduzione all'argomento che ne fa Jhon Wheeler nel fondamentale e ampio testo, di quasi 1300 pagine, compilato insieme a Kip Thorne e Charles Misner: "Gravitation" (che fu pubblicato da Freeman & Company nel 1973); in cui è rappresentato uno studente che osserva un insieme di formiche percorrenti la superficie d'una mela (evidente il riferimento all'aneddoto su Newton), le quali (posto che si muovano nel modo più facile per esse) sembra che siano attratte dal picciolo della stessa mela. La conclusione è che "lo spazio agisce sulla materia dirigendone il moto e questa reagisce sullo spazio indicando ad esso come incurvarsi". Una più semplice rassegna delle implicazioni gravitazionali soprattutto per quanto riguarda le influenze sulle distorsioni temporali è più recentemente stata illustrata anche da Igor Novikov in "The River of Time" e da Kip Thorne in "Black-holes and Time Warps".
  26. ^ Finalmente apparve una "piccola macchia lanuginosa": così M.Kornelius descrive la galassia, più luminosa del suo relativo ammasso, che agiva da lente. Vedi Martin Kornelius op.cit..
  27. ^ Margherita Hack, op. cit., cap. 10, 1997.
  28. ^ Tullio Regge, op. cit., cap. 36, 1996.
  29. ^ Gian C. Ghirardi, Cap. 4 in Un'occhiata alle carte di Dio, Net, 2003. ISBN 978-88-515-2081-6.
  30. ^ Stephen Hawking, Leonard Mlodinow, Glossario in Il grande disegno, Mondadori [2010], 2011. ISBN 978-88-04-61001-4.
  31. ^ a b c Margherita Hack, op. cit., 1997.
  32. ^ Tullio Regge, op. cit., cap. 38, 1996.
  33. ^ P.J.E. Peebles, Schramm, D.N.; Turner, E.L.; Kron, R.G., L'evoluzione dell'universo in Le Scienze, dicembre 1994.
  34. ^ Wendy L. Freedman, Velocità di espansione e dimensioni dell'universo in Le Scienze, gennaio 1993.
  35. ^ a b N. DeGrasse Tyson, Goldsmith, D., Cap. 10 in Origini-quattordici miliardi di anni d'evoluzione cosmica, LeScienze (inserto), 2009.
  36. ^ "Warped Passages",cp.17-Lisa Randall-2005
  37. ^ "Although physically unlikely to apply in the case of a large black hole, the Randall-Sundrum II braneworld scenario admits a metric of this form,Know as the tidal Reissner-Nordstrom metric"
  38. ^ "Gravitational lensing of stars orbiting Sgr A* as a probe of the black hole metric in the Galactic center" -Phys. Rev. D 82 n°6 (published 7 September 2010). 2010 The American Physical Society.
  39. ^ Informazione tratta da Martin Kornelius "parte II: Lenti di spazio e tempo" di op.cit.
  40. ^ Antonino Zichichi, Cap. 7.11 in Il vero e il falso, Il saggiatore, 2003. ISBN 88-428-1078-9.
  41. ^ N. Quien, Wehrse, R.; Kindl, C., Luce, gravitazione e buchi neri, Sosio, L. (trad.), Quaderni Le Scienze n.97. Opera originaria pubblicata su Spektrum der Wissenschaft nel maggio 1995.
  42. ^ J.D. Barrow, L'infinito, Mondadori [2005], 2006. ISBN 88-04-55981-0.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • ^ William J.Kaufmann "Le nuove frontiere dell'astronomia" capitoli 5-8-12, Firenze 1980.
  • N.Quien-R.Wehrse-C.Kindl "Luce, gravitazione e buchi neri" da <Spectrum der Wissenschaft> 1995: vol.n.97 "Spazio, tempo e relatività", Le Scienze-quaderni anno 2000.
  • ^^ vedi: <www.Oggi Scienza.it> del 19 novembre 2010

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