Warped Space

Have I celebrated the discovery of gravitational waves too much?
I can’t see straight! 😉

I have forgotten to write down where this pic was taken: if you have relative info, please tell me.

I have forgotten to write down where this pic was taken: if you have relative info, please tell me.

 

BH_in_front_of_Building

This is a simulation of what  you’d see if a black hole passed in front of a building such as this one: I think it is a research institute in Germany but I’m not sure, so whatever info you may have please share it.

 

While I’m at it, let me post the coolest car plate I’ve found so far: it belongs to one of LIGO scientists but you’re welcome to get inspiration by her.

GW_car_plate

Why so genius?

My apologies for insisting with Einstein’s stuff but the celebrations for the discovery of gravitational waves have to go on!

Take a look at this search on eBay for t-shirt with Einstein as a subject: this is so awesome! Special thanks to Andrea for stirring me to this! If you guys know of other cool stuff like this, just whistle!

On a related note, LISA Pathfinder is going great!

Onde gravitazionali e scimmie parlanti

<< C’era una scimmia … è stata seduta sulle mie spalle per 40 anni. E mi sussurrava all’orecchio:

“Che cavolo ne sai che funzionerà? Ti sei portato appresso un sacco di gente … pensa se non dovesse funzionare mai!”

Adesso se n’è andata … all’improvviso.
Ora mi sento leggero. >>

Così parlava l’altro giorno in un’intervista Rainer Weiss, padre dell’esperimento LIGO che ha rilevato le onde gravitazionali per la prima volta nella storia dell’umanità. Il Professor Weiss ha scritto l’articolo in cui dava corpo al concetto di LIGO nel 1972, quarantaquattro anni fa … 44!

Ora ci dice che durante tutto questo tempo ha sofferto e dubitato come facciamo noi nella nostra quotidianità … lui, che probabilmente a ottobre vincerà il Nobel per la Fisica, ha uno spirito che vibra sulle nostre stesse corde, di dubbio e timore di non farcela …

Grazie, Rai, per aver avuto il coraggio di aprire il tuo cuore! Grazie per esserti rivelato così … umano.

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La pizzica dei buchi neri

Scoperte le onde gravitazionali!
“Quali, quelle di Goldrake?”
“No, quelle di Einstein!”

Lo scienziato spettinato ha capito che lo spazio e il tempo non sono spettatori passivi di eventi che accadono sulla loro scena: sono essi stessi attori e coprotagonisti! La materia e l’energia fanno curvare lo spazio-tempo il quale, così deformato, indica il cammino che materia ed energia seguono nel navigare il mare del cosmo.

Più che un cammino, è una danza. Come discutevo con mia cugina, i buchi neri ballano la pizzica! oppure il minuetto … e, come loro, anche delle stelle così dense e compatte che ne fai entrare una al centro di Roma (o di New York, come nell’immagine qua sotto).

Neutron_Star_vs_Manhattan

“Che ce frega?”

diranno alcuni. “Lasciamo tranquillo Einstein ché tanto ormai c’ha poco da ballare nella tomba”. Il fatto è che, quando ci raggiunge sulla Terra, un’onda gravitazionale è infinitesima e, per essere sicuri di averne udita l’eco, bisogna avere un modello il più preciso possibile del segnale atteso, in modo da distinguere questo sussurro cosmico dai rumori di fondo. Questo si può fare solo con l’ausilio di computer super potenti e messi insieme a gruppi perché, anche qui, l’unione fa la forza. La necessità di dotarsi di strumenti di calcolo adeguati cominciò già negli anni ’60 e fu poi ripresa negli ’80, dando così la spinta allo sviluppo e dei supercomputer e dei programmi che ci girano sopra. Oggi lo diamo per scontato ma il primo browser per internet è nato in questo contesto e le simulazioni al computer su larga scala sono cruciali per prevedere il meteo e il clima, ad esempio, oppure studiare la fattibilità di certe molecole per la medicina e l’industria.

Ora che sei convinto che bisogna ringraziare Einstein e chi, come lui, passa il tempo a indagare la natura dell’Universo, goditi l’animazione che ho prodotto insieme a due collaboratori fichissimi per condividere con te di cosa si parlerà da oggi in poi in fisica e astronomia.

Einstein_At_Home

Anche tu puoi contribuire a questa impresa

Basta che ti scarichi lo screen-saver Einstein@Home che impiega la potenza di calcolo inutilizzata del tuo computer per cercare nei dati un segnale potenzialmente proveniente da una stella di neutroni. Vai col surf allora!

Catching a wave from space

I love taking walks, especially by the Leman Lake. I go there when I feel like stretching my legs and refreshing my brain. I’m there now, in company of swans, ducks and seagulls as they enjoy their life. A few of them are singing, others are flying, others are swimming. As they do so they leave trails behind them, ripples on the lake’s surface that gradually widen in aperture as they depart from their points of origin, the swimming birds. Every now and then a stronger wave reaches the shore where I am: tumultuous, with more pronounced ups and downs, I immediately suspect it coming from something a bit heftier than a swan. It’s a boat, carrying people and momentarily interrupting an otherwise perfect peace.

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The situation I just observed is a poetic version of something right on spot in high end physics research: gravitational waves, the ripples in the cosmic sea of the Universe that are generated by mass and/or energy when in accelerated movement. Waves are ubiquitous in the Universe. They can be produced in a variety of ways, even familiar ones: with a musical instrument, that transfers its vibrations to our ears through air, switching on a lamp, thus provoking electron excitations in the filament, which then relax and release light, with an x-ray machine that sends high energy photons through our bodies.

Talking about relaxation, something that I’d like to do, other than walks, to give vent to the occasional pressure is playing a big drum with mallets. Waves again, yet in the form of sound, originated by the deformations I cause on the drum’s membrane by hitting it with the mallets. Probably less appealing to the ear than swans’ singing as I’m not gifted with musical capacity.

But I’m fond of Einstein and he was a very fine composer of the melodies of the Universe. He conceived one special symphony, a tale of massive bodies bumping into each other in the loneliness of the Universe, clinging to this encounter as the last one in their life and celebrating it with a dance that will bring them closer and closer, until they merge into one.

Listening to these melodies will allow us to reconstruct the furious dance that accompanied the bodies merger and infer a lot about a behavior of the Universe that we’re otherwise blind about. Or rather deaf.

This silence has finally been shattered now, by one of the most sensitive microphones ever built: LIGO, a machine that is capable of detecting a bulk vibration smaller than the size of an atom, should have heard the cosmic melody due to two black hole mallets hitting on the stiff membrane of spacetime.

Up until today we hadn’t been able to listen to any cosmic concert, we had only observed the movement of the percussionists: two very compact stars, approaching each other just as Einstein’s choreography dictates, a Nobel Prize discovery.

The difference between the two perspectives is fundamental … here comes another Nobel Prize! History really has a huge sense of humor, if all this happens a 100 years after Einstein wrote down the score of the symphony.

I’ve recently had the privilege to work on this animation about gravitational waves, together with the gifted Jorge Cham, artist and scientist, and Daniel Whiteson, a physicist who likes to do this type of outreach just as much as I do. There are both a video and a comic of this animation that you can find translated in many languages now. In what follows I would just like to mention a couple of things that didn’t fit in the narrative we adopted.

Visualizations and Sounds

If you’d like to see how you’d be changed by a (humongous) passing gravitational wave, go try this app!
To listen to the sounds corresponding to gravitational waves emitted by different sources, put your headphones on and head over to this website.

Spinoffs 

Supercomputers are crucial in gravitational wave research, for example to simulate black hole collisions. First in the ’60s and then in the ’80s, the need was recognized to develop and put together clusters of very powerful computing machines that would later bring about the first Internet browser and a physical infrastructure which is crucial to forecast weather, for example, or study the feasibility of molecules for medical and industrial purposes.

How can you be part of it?

Citizen science project Einstein@Home lets you contribute “to make the first direct detections of gravitational-wave emission from spinning neutron stars“, by running a useful screensaver on your personal computer. In fact, as we can read in LIGO Magazine #7, â€œsearches for continuous GW signals are computationally limited and require relatively little data for very long processing times. This makes a volunteer computing project a very good match for the problem.”

Now go catch your wave from space!

Einstein_At_Home

Update following the announcement of the discovery

Did Einstein@Home play any role in this? No, it didn’t. The signal in the instrument lasted only about 1/4 of a second. It’s not a continuous-wave signal like the type that Einstein@Home has been searching for. But since the observing run ended in mid January, we have been preparing the data to start a new low-frequency all-sky search for continuous gravitational waves. We are now starting to run this on Einstein@Home, so please sign up your computers and disable their sleep mode! In the next months we will extend the frequency range of the continuous waves all-sky searches, target interesting point sources and we are also gearing up to perform broader surveys for binary black hole mergers.

Bruce Allen

Director, Einstein@Home 

The emotions of the first person to imagine LIGO

I feel an enormous sense of relief and some joy, but mostly relief. There’s a monkey that’s been sitting on my shoulder for 40 years, and he’s been nattering in my ear and saying, “Ehhh, how do you know this is really going to work? You’ve gotten a whole bunch of people involved. Suppose it never works right?” And suddenly, he’s jumped off. It’s a huge relief.

Read the rest at the MIT News bulletin.

 

An open mike for Einstein

Yesterday the European Space Agency launched a new satellite: called LISA Pathfinder, its role is to pave the way for the ambitious LISA mission by conducting crucial tests of its technology.

LISA stands for Laser Interferometer Space Antenna and basically is an open mike for Einstein, who imagined the universe as a very lively Sunday market, where people go by or bump into each other, they salute by a mere gesture or take time to exchange about their condition. Much in the same way as the market conveners can talk softly or loudly, if at all, the universe is filled with tales of stars grazing each other, exploding, fusing into one, falling into black holes or witnessing them merge in an even stronger monster.


The convener of this universal market is not Sunday, it’s gravity: so LISA will listen to the story gravity has to tell. The stories that this exquisitely sophisticated microphone will be sensitive to sound like this symphony.

If listening to it makes you want to shake your body a bit, I invite you over to this other post of mine, where I describe gravity as the dance of space and time.

Lascia che ti parli di Einstein … anzi, lascia che te lo balli ;-)

Per spiegare la maggior parte dei fenomeni intorno a noi non serve scomodare Einstein ma basta accontentarsi di Newton. Quando però usiamo un navigatore GPS andiamo a beneficiare di uno dei fenomeni per i quali Einstein serve eccome: si dà il caso infatti che il tempo e lo spazio non siano così ovvi come avremmo continuato a credere fidandoci di Newton, sono bensì dinamici e interconnessi, costituendo un’unica entità: lo spaziotempo. Anche una massa come quella della Terra è sufficiente a deformare questo tessuto spaziotemporale.
In maniera semplificata, la situazione è analoga a ciò che succede quando noi ci sediamo su di un divano: la piega del cuscino è più evidente vicino al punto in cui sediamo e, se mettiamo un oggetto lungo il pendio da noi creato, questo scivola verso di noi, seguendo la curva che abbiamo creato. Questa caduta lungo il pendio del divano è analoga alla caduta degli oggetti che, una volta scivolatici di mano, restano in balia dell’attrazione gravitazionale della Terra: la gravità, capì Einstein, non è altro che il risultato della curvatura dello spazio creata dalla presenza di massa. Essendo spazio e tempo un tessuto deformabile, lo spaziotempo, ne consegue che anche il tempo può essere “deformato”, ovvero scorrere a un ritmo diverso a seconda di dove “sieda” l’osservatore: in particolare, il tempo scorre più lentamente via via che si avvicina ad una massa (non tenere conto di questa differenza renderebbe inutilizzabile il sistema di navigazione satellitare GPS).

Dali_Time_Painting

Quando ero all’Università del Maryland per un periodo di ricerca ho sperimentato un modo nuovo di descrivere alcuni di questi effetti: l’arte, in particolare tramite uno spettacolo di ballo. I due atti della performance si basano rispettivamente su: incontri tra stelle e buchi neri, il primo, spazio, tempo e loro dinamicità, il secondo. Entrambe le situazioni non si verificano in maniera drammatica nel nostro cortile cosmico, il Sistema Solare: mentre da una parte questo è un bene per la tranquilla sopravvivenza dell’umanità, dall’altra fa sì che gli scienziati siano ancora in attesa di inaugurare l’astronomia gravitazionale, uno dei numerosi lasciti del genio di Einstein.

Il primo atto della performance è una gioiosa successione di incontri di diversi oggetti astrofisici, da cui la varietà dei colori dei costumi. Dal canto loro, i veli sono sia artistici che strumentali alla scienza che c’è dietro. Quando due oggetti celesti massicci si incontrano a distanza ravvicinata, producono l’uno sull’altro un effetto del tutto simile alle maree sulla Terra: il lato del nostro pianeta che è più vicino alla Luna si solleva perché è più attratto da quest’ultima, proprio in virtù della sua posizione di prossimità alla sorgente del campo gravitazionale; anche il lato della Terra più lontano dalla Luna si solleva, lui però perché meno attratto. I veli lasciano la libertà di accentuare queste deformazioni che, nel caso riguardino stelle poco compatte, possono deformare la stella fino a disgregarla, dando origine a delle scie di materiale stellare.

Vere

Vere “étoiles”: qui le ballerine compiono evoluzioni ispirate a quelle di stelle compatte e buchi neri, quando questi si incontrano nell’universo. (Copyright Stan Barouh http://stanbarouhphotography.smugmug.com/Theater/University-of-Maryland-School)

L’ultimo degli incontri stellari del primo atto avviene tra due ballerine, il cui moto a spirale è accompagnato da una colonna sonora abbastanza peculiare. Come accennavo poco fa, l’astronomia gravitazionale è un campo d’investigazione ancora in fase di maturazione per mancanza di segnali rilevati: per essere sicuri di distinguere i segnali di interesse dal rumore cosmico e degli strumenti di misura, gli scienziati li simulano per sapere meglio cosa cercare. Quello che si sente mentre le due ballerine compiono evoluzioni, che le portano ad avvicinarsi sempre più, è proprio il segnale tipo dovuto all’avvicinamento e la fusione di due stelle compatte o due buchi neri.

Il secondo atto è del tutto diverso: qui le ballerine descrivono lo sfondo sul quale si verificano i cataclismi cosmici di cui sopra, lo spaziotempo. Si potrebbe dire che, mentre con Newton e la sua mela la scenografia è fissa e statica, con Einstein il palcoscenico partecipa alla narrazione cosmica al pari delle ballerine, pardon, degli astri. Gli effetti di questa nuova narrativa possono suonare folli, come il fatto descritto precedentemente, che il tempo può scorrere a un ritmo diverso a seconda di dove ci si trovi. Questo diverso ritmo del tempo è reso apparente dalla diversa velocità con la quale si muovono le ballerine nel secondo atto. Il tipo di evoluzioni che compiono invece simboleggia un altro ingrediente.

Lo spaziotempo è una membrana deformabile, come quella di un tamburo: alla fine del primo atto abbiamo sentito uno dei possibili suoni di questo particolare tamburo, nel secondo atto si descrive la membrana stessa. I costumi neri e stretch sono stati scelti proprio per rappresentare la neutralità della scenografia cosmica e la sua elasticità. Con questi costumi le ballerine possono enfatizzare allungamenti e torsioni: tali sarebbero gli effetti ai quali un astronauta sarebbe sottoposto se, galleggiando come una boa nello spaziotempo, si ritrovasse troppo vicino a un gorgo come quello di un buco nero.

Ballerine alle prese con la rappresentazione artistica del tessuto spaziotemporale. (Copyright Stan Barouh http://stanbarouhphotography.smugmug.com/Theater/University-of-Maryland-School)

Ballerine alle prese con la rappresentazione artistica del tessuto spaziotemporale. (Copyright Stan Barouh http://stanbarouhphotography.smugmug.com/Theater/University-of-Maryland-School)

Partecipare a questa esperienza è stato per me un regalo: ho potuto assistere da vicino a come il carattere estetico e la ricchezza espressiva tipiche delle arti possano dare una vitalità quasi tangibile a concetti e formule che, sebbene affascinanti per gli esperti del campo, sono spesso visti come aridi e inutili dai non-specialisti. Ritengo che il processo del quale ho fatto parte sia fondamentale per la diffusione della passione per le scienze, prima ancora che delle conoscenze a queste associate. Pertanto è con piacere e orgoglio che chiudo questo post linkando all’articolo della rivista IoDonna dove si fa riferimento a questo mio progetto di comunicazione scientifica.