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Buchi neri, scoperte celesti e il teorema della pizza della Nasa

Pettegolezzi astronomici e segreti condivisi: ovvero l'implausibilità matematica del complotto

Direttore dell’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica dell'INAF a Milano; tiene il corso di "Introduzione all'Astronomia" all'Università di Pavia. E' affascinata dalle stelle di neutroni che non smettono mai di stupirla. Per la scoperta di Geminga e le implicazioni per la comprensione dell’emissione di alta energia delle stelle di neutroni, nel 2009 è stata insignita del Premio Nazionale Presidente della Repubblica.

UPDATE GIOVEDÌ 11 FEBBRAIO ORE 16:30

Una conferenza stampa congiunta Stati Uniti – Italia ha annunciato oggi alle 16:30 che il 14 settembre 2015, pochi giorni dopo essere stato acceso, il rilevatore LIGO ha captato forte e chiaro il segnale dello scontro di due buchi neri che si sono fusi per diventare un unico oggetto celeste. Il segnale è durato una frazione di secondo e ha viaggiato 1.3 miliardi di anni per raggiungerci. È arrivato giusto in tempo: che culo!

La notizia ha fatto impazzire il mondo scientifico e quello del web, ma noi ce lo aspettavamo perchè ascoltiamo i sussurri e le grida della rete. Provate a seguire il nostra ragionamento sui complotti e il teorema della pizza alla Nasa e vi speighiamo perchè.

Partiamo dall’inizio.

Complotti e segreti

Per mantenere un segreto esiste un metodo infallibile: tenere la bocca chiusa. Il mio segreto è chiuso in me, canta il misterioso principe che vuole sposare Turandot.
Ovviamente, esistono modi più o meno subdoli di estorcere un segreto.
Il principe di cui sopra parlerà nel sonno, ma nel mondo normale, fuori dalle favole e dai film di spionaggio, se uno vuole mantenere un segreto, in generale ci riesce.

La situazione è completamente diversa nel caso il segreto sia condiviso con altre persone. Qui bisogna vedere di quante persone stiamo parlando e di quanto ognuna posso essere considerata fidata.
Non stiamo parlando di agenti dei servizi segreti, o delle forze speciali, che sono obbligati, per contratto, a non parlare mai del loro lavoro (salvo poi scrivere libri o aprire siti che spiattellano tutto, e di più).  Stiamo parlando di ambienti di lavoro “normali” dove il segreto può essere un ammanco tenuto nascosto, un imbroglio di qualche tipo, ma anche un risultato particolarmente interessante.

L’implausibilità matematica dei segreti

Non c’è bisogno di una laurea in matematica per intuire che maggiore è il numero delle persone coinvolte, maggiore è la probabilità che ci siano fughe di notizie. Non parliamo di confessioni complete, per svelare i segreti basta molto meno. Ciascuna delle persone informate dei fatti, pur armata delle migliori intenzioni, può lasciar trapelare degli indizi che, vagliati da spettatori attenti, possono aiutare a risolvere il mistero.  È proprio sulla base di queste considerazioni che possono essere smontate quasi tutte le teorie complottistiche.

Consideriamo la regina delle teorie del complotto, quella che sostiene che lo sbarco degli astronauti sulla Luna sia avvenuto in uno studio cinematografico. 

Oltre a guardare le foto del suolo lunare che mantengono traccia del passaggio degli astronauti, quelli che sono convinti che gli astronauti NASA non abbiamo mai messo piede sulla Luna dovrebbero fermarsi a considerare che il programma Apollo ha coinvolto oltre 400.000 persone di tutte le estrazioni politiche e culturali, oltre che su tutti i livelli di carriera. Pensare che una tale folla, parte della quale ha lasciato la NASA alla chiusura della corsa alla Luna e chi quindi avrebbe potuto parlare liberamente senza timore di licenziamento, abbia saputo mantenere un segreto per oltre 45 anni è matematicamente impossibile.

In più, oggi, i mezzi di comunicazione rendono ancora più difficile il mantenimento di un segreto condiviso da un numeroso gruppo. Lo stiamo vedendo nel mondo della ricerca delle onde gravitazionali, una disciplina a cavallo tra fisica e astronomia, dove pochi tweet hanno mandato in fibrillazione un’intera comunità. Dopo decenni di tentativi con strumenti ancora in via di perfezionamento, adesso sembra che i rivelatori abbiano raggiunto il livello richiesto per rivelate le mitiche onde che rappresentano delle increspature dello spazio-tempo formate a seguito di fenomeni estremamente energetici, tipo l’esplosione di una supernova o lo scontro di due buchi neri.

Wavy

Le onde gravitazioni sono una conseguenza della relatività generale e già sappiamo che esistono, perché abbiamo visto i loro effetti su coppie particolari di corpi celesti, ma non le abbiamo mai rivelate direttamente per l’ottimo motivo che è difficilissimo.

Il passaggio di un’onda gravitazionale, che stira e comprime lo spazio, viene rivelato misurando con grandissima precisione la lunghezza dei bracci di un rivelatore, lunghi 3 km.

Un complicato e precisissimo sistema laser deve rivelare anche il più infimo cambiamento di questa lunghezza. E quando diciamo infimo non stiamo esagerando, si tratta di deformazioni inferiori alle dimensioni di un protone.

È straordinario pensare che sia possibile misurarle. In effetti, è tutt’altro che banale. Rivelare un’onda che ritmicamente stira e comprime lo spazio è una misura delicatissima perché qualsiasi effetto terrestre, un motore su una lontana autostrada, un treno, persino le onde dell’oceano distante chilometri, hanno un effetto più grande di quello causato dal passaggio di un’onda gravitazionale.

Isolare da ogni effetto esterno i rivelatori è una sfida estremamente difficile che si può vincere solo combinando i risultati di rivelatori in angoli diversi della terra.

Mentre i disturbi saranno diversi, un eventuale segnale reale verrà registrato da tutti in coincidenza temporale. Anzi, vedendo quale è il rivelatore che registra prima il segnale, sarà possibile avere un’idea, grossolana ma sempre utile, sulla direzione di provenienza del segnale.

 

Quadrupol_Wave

La comunità mondiale può già contare su tre rivelatori : due sono negli Stati Uniti (in Alabama e nello stato di Washington), e costituiscono il rivelatore LIGO, mentre l’Italia, nella campagna intorno a Pisa, ospita Virgo. Tanto Virgo che Ligo sono stati recentemente potenziati per aumentare la sensibilità alla rivelazione di onde gravitazionali. Quando entrambi funzioneranno, diciamo a fine 2016, avremo il primo sistema globale di rivelazione di onde gravitazionali e ci aspettiamo di essere finalmente capaci di catturare le mitiche onde.

Mentre Virgo (in figura) è ancora fermo per lavori in corso,  LIGO ha iniziato a funzionare a settembre per un primo periodo di prova. A gennaio è stato spento per continuare il potenziamento che richiede ancora qualche mese di lavoro. Ma già ad ottobre ha cominciato a circolare la voce che LIGO aveva visto qualcosa.

L’attesa è così spasmodica che ogni sussurro, amplificato a dismisura dalla rete, diventa un colpo di cannone.

Basta un tweet di qualche fisico che dica più o meno ho sentito che quelli di LIGO potrebbero avere visto le onde gravitazionali” che tutti si elettrizzano. 

Tutti, tranne i diretti interessati, ovviamente, chiusi nella loro consegna del silenzio (resa obbligatoria dalla firma che ognuno ha apposto ad un documento dove si impegna a non dare informazioni sul lavoro che sta facendo). Nessuno di LIGO apre bocca tranne che per dire che non hanno ancora finito di analizzare i dati.

La riservatezza dei membri della collaborazione LIGO non ha fermato la fuga di notizie. I possibili eventi sarebbero addirittura due e, in almeno uno di questi, si parlerebbe di coalescenza di due buchi neri di massa grossomodo pari a 10 volte quella del Sole confinata (e concentrata) in un raggio di una trentina di chilometri.

virgo_no_segreti

La forma e il suono delle onde gravitazionali

Come è possibile arrivare a questa conclusione? Sono informazioni che si possono ricavare dalla forma delle onde (presumibilmente) rivelate.  Per una infarinatura efficace sulla forma delle onde gravitazionali, vi consiglio questo Blog, ma, se volete andare al succo del problema, pensate che stiamo parlando di due mostri celesti che orbitavano uno intorno all’altro in un sistema binario, avvicinandosi sempre di più fino a venire a contatto l’uno con l’altro e fondersi in un unico buco nero.

Questo fenomeno è una specie di tsunami dello spazio tempo che genera un’onda gravitazionale con una certa forma che si propaga nell’universo alla velocità della luce. Si tratta di un segnale che cambia frequenza diventando sempre più acuto man mano che i buchi neri spiraleggiano sempre più vicini (se lo volete sentire, è qualcosa di questo tipo).

I bene informati, però, ricordano che negli esperimenti delle onde gravitazionali è prevista la crudele pratica della “blind injection”, cioè dell’inserimento “segreto” di un segnale dalle caratteristiche simili a quelle di un segnale gravitazionale. Per mettere alla prova i rivelati ed il software viene inserito, all’insaputa di tutti, un segnale dall’apparenza reale ma completamente fasullo che deve generare tutte le allerte astronomiche provocate da un segnale reale.

I responsabili dell’analisi dei dati devono saltare sulla sedia e mandare l’informazione (da tenere segreta) a tutti quelli che si sono impegnati a collaborare, in modo che tutti i telescopi del mondo si mettano a cercare l’oggetto responsabile dell’emissione.
Vista la pochissima precisione della localizzazione del segnale gravitazionale, bisogna scandagliare regioni molto vaste di cielo alla ricerca di qualcosa di strano, è l’equivalente astronomico della ricerca dell’ago nel pagliaio. Una volta che tutti i dati siano stati raccolti e analizzati e si sia arrivati più o meno a trarre le conclusioni, arriva la doccia fredda.

L’autore dello “inserimento segreto”, l’unico depositario della verità, scopre le carte e quella che sembrava una scoperta diventa solo una prova del buon funzionamento della macchina. Tuttavia, i fan delle onde gravitazionali hanno diverse frecce nel loro arco.

Oltre ai pettegolezzi astronomici, si può applicare il teorema della pizza, andando a cercare indizi in luoghi insospettabili.

Per capire come funziona il teorema della pizza bisogna sapere che, per essere pronti a chiamare i loro giornali in caso di necessità, i cronisti di stanza davanti al Pentagono contano il numero delle pizze che vengono recapitate a tarda sera. Quando arrivano molte più pizze del solito, significa che, da qualche parte del mondo, ci sono situazioni critiche che richiedono attenzione e impediscono al personale di tornare a casa per cena, e i cronisti alzano le antenne.

Invece di contare le pizze, i detective astrofisici contano il numero di lavori che compaiono su AstroPh, il sito dove vengono depositati gli articoli astronomici. A gennaio sono comparsi come d’incanto una serie di lavori teorici che esaminano un ben preciso scenario di coalescenza di due buchi neri.  Come mai tutti si mettono a calcolare la forma del segnale gravitazionale prodotto in quel determinato caso?

Non è che gli autori hanno orecchiato che LIGO ha visto quel tipo di segnale e si affrettano a scrivere un lavoro nel quale, guarda caso, lo prevedono?

Così, ad annuncio avvenuto, potranno dire “l’avevo detto io”…

Su un fronte totalmente diverso, qualcuno ha notato che diverse persone di riferimento della collaborazione LIGO hanno annullato la loro partecipazione a conferenze astronomiche alle quali erano previsti dei loro interventi. Facendo l’incrocio delle date delle cancellazioni, è stata anche calcolata la data presunta dell’ipotetica conferenza stampa con l’annuncio del secolo.

Sarebbe per l’11 febbraio, neanche così lontano.Tra pochi giorni sapremo se il teorema della pizza ha funzionato.

Qualora succedesse, potrete dire che non siete per niente stupiti, sapevate già tutto perché è difficilissimo mantenere i segreti condivisi.

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