LGWA: il nuovo strumento per rilevare onde gravitazionali sulla Luna!

Le aveva previste Einstein nella teoria della Relatività generale più di un secolo fa, ora la caccia si appresta a coinvolgere il nostro satellite. La Luna è stata individuata come location ideale per installare le nuove Lunar Gravitational-Wave Antenna (LGWA) dedicate alla rilevazione delle onde gravitazionali. Lo studio, pubblicato su Astrophysical Journal, propone una grande sfida tecnologica che potrebbe rivoluzionare il nostro modo di indagare l’Universo.

Onde Gravitazionali, una perturbazione dello spazio-tempo

L’obiettivo delle nuove LGWA sarà quindi quello di rilevare le onde gravitazionali sulla Luna; ma cosa sono effettivamente queste onde gravitazionali? Possiamo immaginarle come deformazioni dello spazio-tempo che interagiscono con la materia perpendicolarmente alla direzione di propagazione; ciò significa, più operativamente, che la materia intorno a noi è deformata da queste onde.

Si tratta di una deformazione quasi impercettibile rispetto ai nostri standard di distanza, circa 10^-18 metri. Quindi, data l’ampiezza estremamente piccola di queste oscillazioni, saranno necessari strumenti estremamente sensibili per rilevarne la presenza. Questi fenomeni provengono dalle entità cosmiche dell’Universo, come sistemi binari di nane bianche o buchi neri.

Nel 2016, esattamente 100 anni dopo l’ipotesi della loro esistenza avanzata da Einstein, il progetto LIGO ha rilevato per la prima volta onde gravitazionali prodotte da due buchi neri. L’anno successivo, è toccato anche all’interferometro italiano VIRGO che, insieme ai due americani LIGO, ha individuato un altro fenomeno di onda gravitazionale.

LGWA promette di portare lo studio delle onde gravitazionali sulla Luna!

L’idea di utilizzare il nostro satellite come interferometro sta alla base del nuovo progetto proposto dal team di 80 scienziati del Vecchio Continente. La Luna ha l’enorme vantaggio di essere un corpo geologicamente inerte. Essendo priva di atmosfera e limitatamente soggetta ad attività sismica, i rischi di interferenze con le misurazioni sono inferiori rispetto a quanto accade sulla Terra.

Il progetto prevede quindi l’installazione di una rete di sismometri sulla superficie della Luna. I risultati di LGWA permetteranno la misura dell’interazione tra onde gravitazionali e massa lunare; potrà fornire anche dati importanti sulla struttura interna del nostro satellite e sui moonquakes, i “lunamoti”.

Il team, composto tra gli altri da INAF, INFN e INGV, si è detto perfettamente consapevole dell’immane sfida tecnologica nell’installazione di questi strumenti avanzati; il ricercatore a capo del progetto Jan Harm, professore del Gran Sasso Science Istitute, commenta:

“Costruire qualcosa di complesso come un rilevatore di onde gravitazionali sulla Luna è un’impresa estremamente impegnativa. […] È necessaria la collaborazione e il coinvolgimento di diversi soggetti e competenze”

Jan Harm

I risultati potranno spalancare la strada ad uno studio avanzato: gli interferometri lunari potranno facilitare una mappatura dell’Universo nello spettro delle onde gravitazionali, come se avessimo a disposizione un enorme “radar” per scandagliare lo spazio interstellare. Spinta dalla nuova corsa alla Luna, l’ESA ha indetto una call for proposal per individuare i progetti inerenti al nostro satellite: l’INFN ha risposto con la LGWA.

Tentativi passati di studio delle onde gravitazionali

Già negli ultimi decenni dello scorso secolo il fisico satunitense, Joseph Weber intuì l’importanza di studiare le onde gravitazionali e ideò le barre di Weber. Si tratta di cilindri di alluminio molto pesanti distanziati in modo opportuno all’interno di camere a vuoto per isolarli dalle interferenze esterne. La misurazione avveniva convertendo l’oscillazione meccanica in segnali elettrici.

Purtroppo tali strumenti non avevano la sensibilità per misurare le oscillazioni indotte dalle onde gravitazionali. Per tale motivo Weber capì che era necessario aumentare il volume di queste barre, così rivolse l’attenzione a qualcosa di più grande, già presente in natura: la Luna. Siamo nel periodo delle missioni Apollo, per cui la NASA accettò di trasportare sulla Luna un gravimetro con l’Apollo 17. Anche stavolta i risultati non diedero nulla di associabile ai fenomeni dovuti alle onde gravitazionali.

Tornando ai giorni nostri, ESA ha posto nei suoi obiettivi quello di servirsi delle missioni spaziali per ricerca: per tale motivo la missione LISA Pathfinder, terminata di fatto nel 2017, ha mostrato la fattibilità dello studio delle onde gravitazionali nello spazio. Ora la strada è spianata per la futura missione LISA: sarà composta da 3 satelliti posti ai vertici di un triangolo equilatero di lato 5 milioni di km.

La missione dell’ESA sfrutterà la tecnologia laser, approccio molto diverso rispetto al secolo scorso. Le intuizioni del pioniere Weber potrebbero concretizzarsi con le prossime missioni Artemis. Ci aspetta un futuro ricco di scoperte: le nuove tecnologie potranno fornirci una comprensione più dettagliata e completa dei fenomeni che governano il cosmo.