La velocità  della gravitazione

Il nostro lettore Vincenzo ci ha inviato una serie di interessanti domande. Iniziamo a rispondere con la prima di una lunga serie:

Le onde gravitazionali nascono come soluzioni delle equazioni di Albert Einstein nella teoria della relatività  generale. Le onde gravitazionali corrispondono a piccole curvature dello spaziotempo, esattamente come le onde elettromagnetiche sono soluzioni particolari delle equazioni di Maxwell, e le onde su una superficie liquida sono soluzioni delle equazioni dell’idrodinamica.
Le soluzioni delle equazioni di Einstein che descrivono le onde gravitazionali includono la loro velocità  di propagazione, che è uguale alla velocità  della luce nel vuoto.
La prima misura indiretta della velocità  di propagazione delle onde gravitazionali è stata ottenuta tramite l’osservazione del comportamento di una coppia di pulsar legate gravitazionalmente, il sistema binario PSR1913+16, noto anche come binaria di Hulse e Taylor, dal nome dei due astronomi americani che l’hanno scoperta nel 1974 con il radiotelescopio di Arecibo. La perdita di energia dovuta alla dissipazione di onde gravitazionali provoca un rallentamento del periodo orbitale delle due stelle di neutroni intorno al loro baricentro. La misura di tale rallentamento (circa 40 secondi misurati tra il 1975 e il 2005) è perfettamente coerente con la soluzione delle equazioni di Einstein e ha consentito quindi di stabilire l’uguaglianza con la velocità  della luce con un’incertezza dello 0,2%.
La misura più precisa finora disponibile è arrivata nel 2017, quando sono state rivelate le onde gravitazionali generate dalla fusione di due stelle di neutroni, il sistema binario GW170817, distante 130 milioni di anni luce. Circa 1,7 secondi dopo il segnale gravitazione, captato con l’interferometro LIGO, è stato rivelato un lampo di luce gamma.
Conoscendo la grande distanza percorsa sia dalle onde gravitazionali che da quelle elettromagnetiche, è possibile concludere che la velocità  delle due onde è la stessa, come predice la teoria, con un’incertezza di 1 parte su 10^15. La differenza di 1,7 secondi è possibile che sia dovuta a un ritardo nell’emissione del lampo elettromagnetico oppure a un rallentamento dello stesso dovuto al fatto che esso si è propagato in un mezzo denso e non nel vuoto assoluto.