Capiamo come si generano le Onde Gravitazionali e come riceverle - 1a puntata

Faccio seguito alle precedente pubblicazione dell'annuncio della ricezione di Onde Gravitazionali all'indirizzo :
http://air-radiorama.blogspot.it/2016/02/ricezione-di-onde-gravitazionali.html

Per cercare di spiegare il fenomeno in termini il piu' possibile semplici ed intuitivi , ho impiegato con le immagini della presentazione del Prof. Attilio Ferrari , che ho potuto seguire grazie agli incontri dei seminari di aggiornamento dell' AIF - Associazione per l'Insegnamento di Fisica, di Torino con programma e presentazioni scaricabili all' indirizzo :

http://fisicaaiftorino.altervista.org/seminari/2015_2016_1.htm


Cosa puo' determinare le emissione di Onde Gravitazionali ?  

Lo spostamento di grandi masse con varie velocita' quali :

Analogamente alle onde elettromagnetiche che sono generate del movimento di cariche elettriche , le onde gravitazionali , sono generate del movimento di masse .

Quali sono le frequenze possibili di queste Onde Gravitazionali e le potenze ricevibili dalle possibili sorgenti di cui sopra ? 

Lo si desume dalle immagini sottostanti :

Quali sono i "ricevitori" che possiamo usare per ricevere ( o misurare effetti indotti )  le Onde Gravitazionali e a che frequenze ? 

Lo si desume dalle immagini sopra e sotto :

A) Interferometri ottici terrestri ( gia' in funzione LIGO e VIRGO ed in preparazione il miglioramento aLigo ) : 1Hz -100kHz
B) Interferometri ottici spaziali eLisa e LISA ( attualmente in test LISA Pathfinder , esperimento precursore di LISA ) previsti attivi nel 2034 : 10uHz-1Hz ( periodi di 1 giorno - 1 secondo )
C) Osservatori di variazioni di periodi di Pulsar ( 1 mese - 100 anni ) - EPTA-IPTA
https://en.wikipedia.org/wiki/International_Pulsar_Timing_Array
D) Satelliti che misurano la polarizzazione della radiazione di fondo dell' Universo - COBE - WMAP e successori futuri .

Prime conclusioni : 

- Lo spettro delle frequenze delle possibili Onde Gravitazionali e' a frequenze relativamente basse se non a periodi estremamente lunghi ,se non pari alla eta' dell'universo ....
- La ricezione delle Onde Gravitazionali e possibile tramite giganteschi Osservatori terrestri o spaziali e tramite ricezione diretta delle Onde Gravitazionali ( casi A e B ) , o tramite misurazione di fenomeni indotti ( casi C e D)

Prima della ricezione diretta delle Onde Gravitazionali , sono state effettuate misurazioni di fenomeni indotti riconducibili alle Onde Gravitazionali ?

Si , gia' tra il 1974 e 2005 e' stata osservata la rotazione di due stelle in un sistema binario la cui diminuzione del periodo di rotazione corrispondeva perfettamente con la previsione di emissione di energia tramite Onde Gravitazionali .

Cosa e' stato osservato recentemente dai due Osservatori interferometrici LIGO distanti tra di loro circa 3000 km e come si "sposa" con la "modulazione" dello spazio da parte di un' Onda Gravitazionale ? 

Dalle immagini :

I segnali ricevuti , le simulazioni e le sovrapposizioni dei due osservatori , combaciano perfettamente tenendo conto del tempo di propagazione della Onde Gravitazionali che e' pari alla velocita' della luce e su una distanza di 3000 km e' pari a 10uS .Sono state esclusi in tal caso disturbi locali .

Lo spettro del segnale ricevuto negli ultimi 200mS .

Cosa ha potuto generare un' Onda Gravitazionale con una forma simile ? 

I calcoli e le simulazioni ( sovrapposte nelle figure precedenti ) indicano che un Onda Gravitazionale con tale " firma" puo' essere generata da due buchi neri con masse pari a 36 e 29 masse solari , ruotanti uno attorno all'altro come nella figura .

La perdita di energia dovuta all'emissione di onde gravitazionali fa si che in un fenomeno lento e poi a "valanga" il raggio dell'orbita relativa dei due buchi neri diventi sempre minore e sempre maggiore la velocita' di rotazione e quindi la velocita' relativa , finche' i due buchi neri non si uniscono assieme. 

Il picco massimo della emissione di onde gravitazionali si ha quando la velocita' media della massa rispetto al raggio medio delle distanze e' massimo e cioe' quando i buchi neri si "toccano"ed il fenomeno raggiunge il "parossismo" .

La velocita' periferica come da grafico e' stata in questo caso di circa il 42% della velocita' della luce 

Cosa avrebbe potuto vedere ( al rallentatore ) un eventuale osservatore nelle varie fasi ? 

I parametri del fenomeno ( conle relative fascie di errori stimati ) :

Epilogo : 

Due buchi neri con masse pari a 29 e 36 masse solari ruotano tra di loro a velocita' relativistiche
( non trascurabili rispetto alla velocita' della luce ) e si fondono in un solo buco nero rotante a 0.67 volte la velocita' della luce .
La massa totale del buco nero finale e' pari a 62 masse solari invece che la somma delle mase dei buchi neri costituenti ( 29+36 = 55 ) .

Il fatto " sconvolgente  " per i profani come me : 

Durante il fenomeno l'equivalente di 3 masse solari viene convertito (in circa 200ms) in onde gravitazionali che , in accordo con la Relativita' Genarale , vengono irradiate sotto forma di deformazione dello spazio .
A calcoli fatti , un energia pari a quella emessa da centomila miliardi di miliardi di Soli ....

Dal calcolo della energia emessa , e di quella ricevuta , dal momento che anche le onde gravitazionali si distribuiscono e " diluiscono" su una superficie e quindi con una semplice legge proporzionale
all' inverso del quadrato della distanza ( come le onde luminose , radio e tante altre ) , si e' derivata la distanza a cui e' avvenuto il fenomeno : 419 Megaparsec , corrispondenti a circa 1400000 ( un milione e quattrocentomila) Anni Luce .

Da questa distanza si calcola , tramite la costante cosmologica , il cosiddetto " redshift" ( spostamento doppler verso il rosso di una ipotetica sorgente luminosa ) che risulta di  0,09 .

Il tutto e' coerente alla fascia di distanze alle quali questi fenomeni di "coalescenza" di buchi neri con tali masse sono previsti della teoria dell' evoluzione dell' Universo .

Continua ......