Onde gravitazionali: svelate le teorie di Hawking e Kerr

Rivelazioni Cosmiche: Onde Gravitazionali Confermano Teorie di Hawking e Kerr

Il 14 gennaio 2025, gli interferometri LIGO hanno registrato un evento straordinario, denominato GW250114, che ha permesso agli scienziati della Collaborazione Ligo-Virgo-Kagra di confermare due predizioni teoriche fondamentali sui buchi neri. Questo evento, caratterizzato da un elevato rapporto segnale/rumore pari a 80, è stato generato dalla fusione di due buchi neri, dando origine a un nuovo buco nero con una massa pari a circa 63 volte quella del Sole e una velocità di rotazione di circa cento giri al secondo. L’analisi del _ringdown_, la fase di smorzamento successiva al _chirp_ di onde gravitazionali prodotto dalla fusione, ha fornito dati cruciali per la conferma delle teorie.

La Metrica di Kerr e il Teorema dell’Area di Hawking

La prima predizione confermata è quella di Roy Kerr, che afferma che per descrivere completamente un buco nero sono sufficienti due sole proprietà: lo _spin_ e la massa. La soluzione di Kerr alle equazioni di campo della relatività generale di Einstein prevede che un buco nero sia univocamente determinato dalla sua massa e dal suo spin. Questo risultato rivoluzionario distingue i buchi neri da qualsiasi altro oggetto celeste, la cui descrizione richiede un insieme molto ampio di proprietà complesse. La seconda conferma riguarda la formulazione di Hawking sull’area, secondo cui la superficie dell’orizzonte degli eventi di un buco nero non può fare altro che aumentare. Questa affermazione, spesso paragonata al “secondo principio della meccanica dei buchi neri”, riflette il secondo principio della termodinamica, secondo il quale l’entropia del sistema può solamente accrescersi.

Intelligenza Artificiale al Servizio dell’Astrofisica

Parallelamente a queste scoperte, un team internazionale di ricercatori del Gran Sasso Science Institute (GSSI), del Caltech e di Google DeepMind ha sviluppato un metodo basato sull’intelligenza artificiale, chiamato Deep Loop Shaping, per ridurre il rumore nei rivelatori di onde gravitazionali. Questo sistema, testato sull’interferometro LIGO di Livingston, ha dimostrato di ridurre il rumore fino a 100 volte rispetto ai sistemi di controllo tradizionali, aprendo la strada a centinaia di nuove osservazioni all’anno. Utilizzando simulazioni dell’ambiente in cui opera il rivelatore, Deep Loop Shaping addestra un algoritmo di machine learning per identificare autonomamente la strategia più efficace nel sopprimere le vibrazioni senza contemporaneamente amplificare il rumore. Questo approccio innovativo non solo migliora la sensibilità degli attuali rivelatori, ma rappresenta anche un tassello fondamentale per i futuri grandi osservatori come l’Einstein Telescope europeo o il Cosmic Explorer statunitense.

Un Nuovo Orizzonte per la Space Economy: Sinergia tra Ricerca Fondamentale e Innovazione Tecnologica

L’intersezione tra la conferma delle teorie di Hawking e Kerr e l’applicazione dell’intelligenza artificiale alla rilevazione delle onde gravitazionali apre nuove prospettive per la space economy. *La capacità di osservare e comprendere i fenomeni cosmici con una precisione senza precedenti non solo arricchisce la nostra conoscenza dell’universo, ma stimola anche lo sviluppo di tecnologie avanzate con applicazioni in diversi settori. La navigazione terrestre e spaziale, la robotica e la produzione di microchip sono solo alcuni esempi dei campi che possono beneficiare dei controlli di estrema precisione sviluppati per gli interferometri laser.

Amici appassionati di spazio e scienza, spero che questo viaggio tra buchi neri e onde gravitazionali vi sia piaciuto! Parlando di space economy, è fondamentale capire che la ricerca di base, come quella che ha portato alla conferma delle teorie di Hawking e Kerr, è un motore potentissimo per l’innovazione tecnologica. Ogni scoperta scientifica può generare nuove opportunità economiche e sociali*, creando un circolo virtuoso che alimenta la crescita del settore spaziale.

Un concetto avanzato di space economy applicabile a questo tema è quello del _knowledge spillover_. Si tratta del trasferimento di conoscenze e competenze sviluppate in un determinato settore (in questo caso, l’astrofisica) ad altri settori, generando nuove applicazioni e opportunità di business. Ad esempio, le tecnologie sviluppate per la rilevazione delle onde gravitazionali potrebbero essere utilizzate per migliorare i sistemi di navigazione satellitare o per sviluppare nuovi sensori per applicazioni industriali.

Vi invito a riflettere su come la ricerca scientifica e l’innovazione tecnologica possano contribuire a costruire un futuro più prospero e sostenibile per tutti.