Nel silenzio della Luna costruiremo uno strumento per ascoltare gli scontri fra i buchi neri

Per guardare l’universo potremmo utilizzare anche un occhio costruito sulla Luna. Senza atmosfera, silenziosa e immobile, ci aiuterà a raccogliere quei segnali sottilissimi provenienti dalle profondità del cosmo chiamati onde gravitazionali. Previste da Einstein esattamente 110 anni fa con la teoria generale della relatività, per la prima volta sono state captate sulla Terra dieci anni fa. Anche Einstein sarebbe rimasto stupito, visto che le considerava troppo deboli per poter essere mai scoperte. Oggi con l’esperienza siamo capaci di intercettarne una o due alla settimana. E vogliamo provare ad ascoltarle perfino sulla Luna.

Le onde gravitazionali sono vibrazioni della rete dello spazio-tempo causate dai cataclismi più violenti dell’universo, come la fusione fra due buchi neri o fra due stelle di neutroni (fenomeno che fa nascere i metalli pesanti, incluso l’oro). Si tratta di fenomeni così possenti che tutta la trama dello spazio-tempo ne viene sconvolta. Come un’onda, la vibrazione si espande per cerchi concentrici in tutti gli angoli dell’universo. Sulla Terra siamo capaci di percepirla grazie a tre antenne gravitazionali, una in Italia (Virgo, a Cascina, vicino Pisa e gestito dall’Infn) e due negli Stati Uniti (alla Ligo, pionieristico osservatorio statunitense, gestito da Caltech e MIT). Il nuovo Einstein Telescope, ancora nella sua fase progettuale, potrebbe sorgere in Sardegna.

Sulla Luna l’obiettivo di ascoltare le onde gravitazionali è portato avanti da un gruppo di circa 80 scienziati di università ed enti di ricerca in maggioranza italiani – Gran Sasso Science Institute (Gssi), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), università di Camerino, Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (Ingv), Agenzia Spaziale Italiana (Asi) - ed è stato selezionato dall’Agenzia Spaziale Europea.

“Puntiamo a realizzare il nostro strumento negli anni ‘30” spiega Jan Harms, il coordinatore del progetto, che fa parte del Gssi ed è affiliato all’Infn. “Il rivelatore di onde gravitazionali in sé è più semplice rispetto a quelli costruiti sulla Terra, perché l’ambiente è molto calmo e silenzioso e bastano quattro sismometri per registrare le deformazioni subite dalla massa della Luna al passaggio di una perturbazione dello spazio-tempo. Ovviamente portare gli strumenti fin lassù e riuscire a farli funzionare è invece un obiettivo molto ambizioso”.

L’idea di usare il satellite come un rivelatore di onde gravitazionali non è nuova. Ai tempi della conquista della Luna ci aveva pensato il fisico americano Joseph Weber. La missione Apollo 17 nel 1972 installò sulla roccia grigia un gravimetro (uno strumento che misura piccole variazioni della forza di gravità), che non funzionò perché aveva un difetto. “Oggi pensiamo di posizionare i nostri quattro sismometri vicino al polo sud, all’interno di un cratere che si trova sempre in ombra e offre quindi condizioni molto stabili” spiega ancora Harms.

Mentre un terremoto lunare (o moonquake) verrebbe percepito dai quattro sismometri in tempi e con intensità diverse, a seconda dalla distanza dall’epicentro, un’onda gravitazionale farebbe registrare un segnale uniforme su tutti i sismometri. Un satellite in orbita attorno alla Luna riceverebbe le informazioni scientifiche dal cratere e le ritrasmetterebbe verso Terra.

“Rispetto a Ligo e Virgo, gli strumenti sulla Luna riuscirebbero a registrare onde gravitazionali a frequenze molto più basse” spiega Harms. “Mentre sulla Terra i segnali durano fino a circa un minuto, sulla Luna andrebbero avanti per giorni o settimane. Nel frattempo la rotazione del satellite farebbe variare la posizione dei sismometri rispetto alla sorgente delle onde. Vedere il segnale da più punti diversi ci permetterebbe di individuarne il punto d’origine”.

Per aprire l’occhio dell’umanità sulla Luna, il gruppo del Lunar Gravitational-Wave Antenna (Lgwa, il nome del progetto) non ha ancora deciso a quale agenzia spaziale affidarsi. Il polo sud del satellite fa gola a molti per via della presenza di acqua e della possibilità (per ora solo teorica) di realizzarvi insediamenti umani permanenti. Stati Uniti e Cina sono impegnate in una corsa allo spazio che punta a riportare gli esseri umani sul suolo lunare entro il 2030.

“Per ora collaboriamo in parte con la Nasa, ma soprattutto con l’agenzia spaziale indiana” spiega Harms. “Anche se ora fare ricerca insieme alla Cina è difficile per ragioni politiche, non escludiamo un giorno di stringere rapporti anche con loro”. I prossimi cinque anni saranno decisivi per capire come evolverà la competizione spaziale. Prima che la scienza porti lassù il suo occhio, bisognerà capire chi per primo arriverà sul satellite con i suoi stivali da astronauta.