Dieci anni fa, il 14 settembre 2015, i rivelatori gemelli LIGO, situati negli Stati Uniti, hanno captato per la prima volta le onde gravitazionali. È stato il primo strumento a rilevare direttamente un segnale generato dalla fusione di due buchi neri, le onde gravitazionali per l’appunto, un fremito dello spazio-tempo teorizzato da Albert Einstein un secolo prima. Quella scoperta ha aperto la strada a un’evoluzione importante nell’astronomia, perché studiando la forma d'onda del segnale di onda gravitazionale si possono stimare le masse degli oggetti che lo hanno prodotto: buchi neri o stelle di neutroni. Due anni dopo, questa scoperta ha portato all'assegnazione del Premio Nobel per la Fisica a tre dei fondatori di LIGO. Invece, oggi, la rete di rivelatori globali - oltre ai due LIGO negli USA, include Virgo, in Italia presso l’Osservatorio Gravitazionale Europeo di Pisa e KAGRA in Giappone - lavora in modo coordinato, osservando in media un segnale ogni tre giorni: un totale di circa 300 fusioni di buchi neri. In occasione di questo 10° anniversario a spiegare questa nuova frontiera della ricerca è Gianluca Gemme, coordinatore internazionale di Virgo e dirigente di ricerca dell'INFN. A un decennio da questa storica scoperta che impatto hanno avuto le onde gravitazionali nel mondo dell’astronomia? “È stato un momento che ha completamente trasformato il nostro lavoro e, in parte, la nostra vita. La ricerca sulle onde gravitazionali è un'impresa iniziata alla fine degli Anni 60 e che molti, incluso Einstein, ritenevano impossibile da portare a termine. Esserci riusciti dopo decenni di sforzi è stato un momento di vera trasformazione. Oggi, la nostra disciplina è al centro dell'attenzione, anche mediatica, cosa che prima non accadeva”. Che progressi tecnologici sono stati fatti in questo decennio? “Oggi, con un network di quattro osservatori, abbiamo rilevato più di 300 segnali gravitazionali. Dieci anni fa era stata la prima osservazione, ma oggi ne osserviamo in media uno ogni circa tre giorni. Questo notevole aumento è dovuto a continui miglioramenti dei nostri rivelatori. Ad esempio, il segnale più nitido rilevato finora, quello del 14 gennaio 2025, è stato osservato con una precisione molto maggiore rispetto al primo segnale, nonostante le sue caratteristiche fossero simili. Inoltre, i quattro osservatori attivi, oggi, ci permettono di osservare la direzione di provenienza del segnale e, quindi, la localizzazione della sorgente nel cielo con molta più precisione”. Perché è così importante rilevare le onde gravitazionali? Che cosa ci raccontano?“Ci raccontano cose difficilmente osservabili con i canali tradizionali dell'astronomia, che si basa da secoli, sulla radiazione elettromagnetica. Ci permettono di studiare direttamente le proprietà di oggetti oscuri come i buchi neri e le stelle di neutroni. La loro esistenza è stata prevista dalle teorie ed erano osservati indirettamente come conseguenza della relatività generale di Einstein, ma, fino a poco tempo fa, uno studio diretto delle proprietà dei buchi neri non era possibile. Un articolo scientifico recente che descrive l'osservazione di gennaio del 2025 è proprio un'analisi delle caratteristiche dei buchi neri sperimentali, possibile solo grazie alle onde gravitazionali. Un altro settore molto interessante è quello delle stelle di neutroni, oggetti che derivano dal collasso gravitazionale delle stelle con masse molto grandi. Sostanzialmente, le loro proprietà sono sconosciute e, quindi, le proprietà della materia, nelle condizioni estreme delle stelle di neutroni, le pressioni e le densità enormi non sono note. Grazie alle caratteristiche delle onde gravitazionali emesse da questi oggetti cominciamo ad avere qualche indicazione in più”. Permettono anche di avere maggiori informazioni sulle origini dell'Universo? “Abbiamo uno studio molto interessante in corso che è legato al tema delle origini dell'Universo. C'è una firma delle origini che è la radiazione cosmica di tipo elettromagnetico: ci ha permesso di comprendere alcune caratteristiche del cosmo circa 300 mila anni dopo la sua nascita. È prevista l'esistenza anche di un fondo cosmico di onde gravitazionali che permetterebbe di conoscere caratteristiche dell'Universo stesso pochi istanti dopo la sua formazione. Per il momento, non siamo ancora riusciti a osservare questo segnale, che si prevede sia estremamente debole. Tuttavia, i futuri rivelatori di terza generazione, come l'Einstein Telescope, potrebbero avere accesso a segnali di questo tipo. Sarebbe una rivoluzione straordinaria, che ci permetterebbe di osservare con dati sperimentali com'era l'Universo nei suoi primissimi istanti”. Come si inseriscono gli sviluppi tecnologici di questi ultimi 10 anni nel progetto Einstein Telescope? “Gli elementi cruciali sono stati il continuo miglioramento dei rivelatori e questo ha portato alla creazione di un network, LIGO, Virgo e KAGRA, che ci permette di fare una scienza migliore di quella che le singole collaborazioni farebbero da sole. Ma i rivelatori attuali hanno dei limiti strutturali che non ci permetteranno di migliorarli oltre un certo limite. Saranno necessari strumenti nuovi, costruiti in infrastrutture di ricerca dedicate con caratteristiche adeguate e che utilizzeranno tecnologie ancora più avanzate. L'Einstein Telescope, in Europa, e il suo equivalente americano, Cosmic Explorer, sono i passi successivi nel processo evolutivo che ha portato a questi risultati scientifici. Questi strumenti ci permetteranno un salto di qualità che non è possibile con quelli attuali, spingendoci ancora più lontano nello spazio e nel tempo”. Se Albert Einstein fosse vivo oggi e avesse questi strumenti, che cosa direbbe? “Penso che Einstein sarebbe molto contento di vedere che le sue previsioni teoriche di oltre 100 anni fa sono state confermate sperimentalmente. Credo, però, che dovrebbe anche riconoscere di aver sbagliato, perché aveva dichiarato e scritto che le onde gravitazionali non sarebbero mai state osservate”. Che messaggio vuole dare a un giovane che si avvicina oggi al mondo della ricerca scientifica e dell’astronomia? “L'impresa scientifica è un esempio da seguire: persone diverse, che vengono da Paesi diversi, con formazioni culturali anche molto diverse, lavorano insieme anche per molti anni e anche attraversando grosse difficoltà per raggiungere un obiettivo comune. Per i giovani è una palestra molto importante. Detto questo, è una strada complessa, in cui bisogna credere in modo fermo. Negli Anni 60 i nostri studi sembravano un’impresa disperata, perché è servito colmare il gap tecnologico per osservare le onde gravitazionali. Dopo tanti anni ci siamo arrivati, ma questo settore è ancora nella sua infanzia. A differenza dell'astronomia tradizionale, che ha secoli di storia, noi abbiamo osservato il nostro primo segnale solo 10 anni fa. C'è tantissimo spazio per nuove scoperte, molto di più di quello che abbiamo già scoperto”.