Un interferometro sulla Luna per studiare le onde gravitazionali

L’idea: ascoltare le onde gravitazionali dalla Luna. Lì c’è meno rumore. La proposta per il programma Esa, avanzata da un team di ricercatori guidato da Jan Harms del Gssi, è quella di piazzare dei sismometri per registrare le vibrazioni create dal passaggio delle increspature dello spaziotempo. Ma anche per indagare la struttura interna e avere nuovi indizi su come si è formato il nostro satellite naturale

La “silenziosa luna”, proprio come la definiva Giacomo Leopardi nel Canto notturno di un pastore errante dell’Asia, è il luogo ideale per ascoltare l’Universo e i suoi accadimenti più catastrofici: scontri tra buchi neri e stelle. Così la pensa un team di studiosi che ha appena proposto all’Agenzia spaziale europea (Esa) di piazzare lassù un sistema per rilevare onde gravitazionali e sfruttare così la tranquillità di un pianeta poco trafficato, quasi privo di movimenti tellurici e approfittarne per dare un’occhiata, con gli stessi strumenti, anche a com’è fatta dentro.

Come una cassa di risonanza

L’idea proposta da Jan Harms del Gran Sasso science institute (Gssi), assieme a ricercatori di diversi istituti italiani, non prevede però lunghe e complesse strutture come gli interferometri americani Ligo o quello italiano, Virgo. La loro “Lunar gravitational wave antenna” ha bisogno di semplici sismometri, simili a quelli terrestri, modificati per funzionare nel vuoto e con una gravità minore. Per usare proprio la Luna come una specie di cassa di risonanza che vibra eccitata dalle onde gravitazionali stesse: “Ligo e Virgo funzionano con due fasci di luce che percorrono bracci lunghi tre chilometri, devono essere isolati sismicamente dalle vibrazioni della superficie – spiega il fisico Jan Harms a Repubblica – con i quattro sismometri, che proponiamo di mettere nell’Oceanus Procellarum, invece, vogliamo registrare come tutta la Luna vibra a certe frequenze. Dipende dalle caratteristiche del pianeta, ognuno ha questa risonanza a frequenze diverse. La Terra può vibrare anche due settimane dopo un terremoto”.

Un totale cambio di paradigma. Invece di isolare lo strumento da tremori che nulla hanno a che fare con le onde gravitazionali, come accade sulla Terra, si può dunque ‘auscultare’ la Luna per sentire come risuona al passaggio di un’onda gravitazionale che la stiracchia.

Come si osservano le onde gravitazionali

“Silenziosa Luna”

La Luna offre molti vantaggi. Le vibrazioni sono ridotte al minimo, la sua attività sismica è limitata ai cosiddetti “moonquake”, o “lunamoti”, scosse generate per lo più dall’impatto di meteoriti oppure da movimenti di faglie sollecitati dalle forze di marea, quelle, per intenderci, prodotte dall’azione gravitazionale della Terra che la deforma. Niente in confronto a tutto il “rumore” che c’è sul nostro Pianeta. Lassù sarà più facile isolare i segnali: “La Luna è perfetta, più di Marte e altri pianeti. Un punto molto forte è il fatto che non ha atmosfera né oceani che producono vibrazioni – aggiunge Harms, professore associato al Gssi assieme alla moglie, l’astronoma Marica Branchesi – inoltre è vicina ed è molto tranquilla. Questo lo sappiamo grazie ai quattro sismografi portati dalle missioni Apollo. C’è anche un altro vantaggio, la rotazione della Luna modula il segnale delle onde gravitazionali e questo ci aiuta a riconoscerle”. Anche il punto scelto, l’Oceanus Procellarum, secondo Harms dovrebbe essere isolato da eventuali attività umane, che potrebbero cominciare molto presto.

Droni per la consegna

Oltre ai quattro sismometri sul lato visibile, il progetto prevede nella seconda fase anche di piazzare un altro strumento sulla faccia nascosta, agli antipodi, nel cratere Tsiolkovskiy, in modo tale da escludere eventuali segnali locali rilevati dai primi. Per la ‘consegna’, Harms e gli altri firmatari dell’idea, pensano a fattorini robot volanti: “I rover si muovono lentamente – sottolinea il fisico tedesco – ci possono volere anche sei mesi per percorrere un chilometro. La nostra idea è di far arrivare dei droni con un lander e portare con questi i sismometri nei punti che ci interessano. Saranno più veloci e questo ci darà modo di sviluppare anche altre tecnologie per l’esplorazione lunare”.

Buchi neri e nane bianche

Veniamo all’obiettivo della ricerca: catturare le increspature dello spazio tempo generate da cataclismi cosmici che possono coinvolgere grandi buchi neri ma anche piccole nane bianche. Queste ultime sono ‘relittì di stelle, come il nostro Sole, che non hanno massa sufficiente per esplodere come supernove: “Questo strumento ascolta a una frequenza molto più bassa rispetto a quelle ascoltate da Ligo e Virgo e che producono anche un suono – specifica Harms – parliamo di milliHertz, molto lente e durano anche anni. Potremmo vedere segnali che non percepiamo con Ligo e Virgo come quelli emessi dalle nane bianche o da buchi neri con massa molto alta che cambiano frequenza, da una risonanza all’altra, in tempi definiti e che potremmo registrare”.

Su quanto potrebbe essere efficace questo tipo di concezione, dipende dall’avanzamento della tecnologia: “Non possiamo fare ancora previsioni su quante onde gravitazionali sarà possibile rilevare – riflette Harms – personalmente vedrei la missione come un successo completo anche se ne osservassimo una, perché questo convaliderebbe l’idea e potrebbe portare a ulteriori sviluppi. Come principio potremmo essere in grado di vedere da centinaia a migliaia di segnali, anche di più, ma questo dipende dallo sviluppo tecnologico”.

Cosa c’è sotto

Della Luna sappiamo tante cose, ma c’è ancora tanto altro da scoprire. Per esempio come è fatta dentro. Questi sismometri potrebbero aiutare la scienza anche a svelare questi misteri ancora celati. Non ultimo, trovare nuovi indizi su come si è formata, analizzando come si propagano le onde sismiche e gravitazionali: “Ci sono diversi gruppi di scienziati che pensano a sismometri per studiare l’interno della Luna – conferma Harms – perché non sappiamo ancora abbastanza anche su come si è formata, se ha un nucleo e parti ancora liquide”.

Il progetto, che avrebbe una durata di cinque anni, è una delle oltre 300 proposte avanzate all’Esa nell’ambito della campagna “Idee per esplorare la Luna con un grande rover europeo” all’interno dello European Exploration Envelope Programme (E3P) con il quale si mira a portare un rover con una tonnellata e mezzo di carico a supporto di missioni umane, di esplorazione e ricerca scientifica. La fase delle proposte si è appena chiusa. Ora si attendono le prime selezioni da parte dell’Esa che sceglierà un pugno di finalisti i cui progetti prenderanno il via nei prossimi anni.