Il rumore delle onde gravitazionali ronza nell’universo

Non hanno ancora osato parlare di una scoperta, ma gli astrofisici hanno trovato “indicazioni molto forti” che c’è un costante rumore di fondo delle onde gravitazionali nell’universo. Gli indizi provengono da gruppi di ricerca indipendenti che utilizzano radiotelescopi negli Stati Uniti, in Australia, Cina, India ed Europa. Hanno presentato i loro risultati giovedì Diversi articoli scientifici che è apparso contemporaneamente sul server di prestampa di ArXiv.

Queste onde gravitazionali a frequenza ultra bassa possono offrire una nuova visione dell’universo. Grazie alle prime onde gravitazionali, gli astronomi possono non solo guardare l’universo con i telescopi, ma anche ascoltare con i rilevatori di onde gravitazionali. Le onde gravitazionali ad altissima frequenza espandono questo senso dell’udito.

rumore di sottofondo

Le onde gravitazionali sono sottili vibrazioni dello spazio-tempo, che si verificano, ad esempio, quando due buchi neri o stelle di neutroni compatte si scontrano. Queste vibrazioni si diffondono attraverso l’universo come increspature in uno stagno quando ci lanci un sasso.

Alla fine del 2015, i rilevatori americani LIGO hanno misurato per la prima volta un’onda gravitazionale, 100 anni dopo che Albert Einstein ne aveva predetto l’esistenza. Le onde gravitazionali che LIGO e altri rivelatori, come Virgo in Italia, hanno da allora osservato, durano una frazione di secondo, hanno un’alta frequenza (da alcuni a diecimila hertz), e sono emesse principalmente dalla collisione di buchi neri diverse decine di volte la massa del Sole.

Le nuove scoperte riguardano vibrazioni spazio-temporali a frequenze molto più basse, fino a pochi miliardesimi di hertz, che creano un rumore di fondo costante. Probabilmente proviene dai buchi neri supermassicci che orbitano intorno. Poiché si tratta di un processo lento e poiché probabilmente ci sono innumerevoli coppie supermassicce di questo tipo, crea un rumore costante di onde gravitazionali nell’universo.

orologi cosmici

Le onde gravitazionali di frequenza molto bassa hanno lunghezze d’onda estremamente lunghe. Si estendono per decine di migliaia di miliardi di chilometri (anni luce). Questo è il motivo per cui non puoi misurarlo con rilevatori di onde gravitazionali lunghi diversi chilometri, come LIGO. Gli astrofisici usano una tecnica diversa in cui usano i radiotelescopi per osservare le pulsar, stelle che ruotano velocemente.

Un gruppo che lavora con questo è l’European Pulsar Timing Array (EPTA), di cui fa parte il radiotelescopio Westerbork. “Nell’EPTA, abbiamo osservato in media 25 pulsar una volta al mese per 10-25 anni”, afferma Emma van der Watren, studentessa di dottorato presso l’Istituto olandese di radioastronomia e la Radboud University. “Quelle pulsar sono sparse in tutta la Via Lattea. Questo ci dà un rilevatore di onde gravitazionali delle dimensioni della Via Lattea, abbastanza grande per le onde gravitazionali a frequenza molto bassa”.

Le pulsar sono enormi stelle estinte che ruotano alla velocità della luce mentre emettono un raggio di onde radio, come un faro cosmico. Ogni volta che un raggio radio attraversa la Terra, i radiotelescopi rilevano un impulso radio. Queste pulsazioni sono molto regolari, come il ticchettio di un orologio cosmico, perché la velocità con cui ruotano le pulsar è molto costante.

Dal momento che osserviamo le onde gravitazionali per un periodo di settimane o anni, dobbiamo misurare per molto tempo

Gemma Jansen Astrofisico

Per rilevare le onde gravitazionali, gli astrofisici cercano piccole deviazioni negli impulsi delle cosiddette pulsar millisecondo: pulsar con impulsi radio ogni pochi millisecondi. Un’onda gravitazionale increspata sta facendo contrarre ed espandere temporaneamente lo spazio-tempo – e quindi la distanza – tra la Terra e la pulsar, solo un metro ogni 9,5 trilioni di chilometri. Di conseguenza, gli impulsi radio arrivano un po’ prima o un po’ dopo.

“Poiché stiamo cercando onde gravitazionali per un periodo di settimane o anni, dobbiamo misurare per un lungo periodo”, afferma l’astrofisica Gemma Jansen, anche lei di Astron e Radboud. “È una scoperta al rallentatore.”

promettente

Ma ora è il momento. Janssen: “Abbiamo trovato indicazioni molto forti di rumore di fondo per onde gravitazionali a frequenza molto bassa”.

Altri gruppi di ricerca sono giunti a risultati simili. La collaborazione americana NANOGrav ha raccolto misurazioni di 68 pulsar in un periodo di 15 anni. L’australiano Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) ha dati da 18 a 21 anni da 32 pulsar. Il China Pulsar Timing Array (CPTA) ha osservato 57 pulsar per 41 mesi. NANOGrav è più sicuro di EPTA e parla di “prove molto forti”. Ma credono anche che sia ancora troppo presto per parlare di una scoperta.

È un ottimo modo alternativo di guardare l’universo

Chris Van Den Brook Università di Utrecht

“Sembra promettente”, afferma Chris van den Broeck, dell’Università di Utrecht, il Nikhef Research Institute e co-autore di Virgo e LIGO. “Penso che presto potranno parlare di una scoperta. Sarà interessante, perché è un ottimo modo alternativo di guardare l’universo attraverso le onde gravitazionali”.

Il primo rilevamento di onde gravitazionali ad altissima frequenza è solo l’inizio. Van der Wateren: “Poi possiamo usarli per saperne di più sulla formazione dei buchi neri supermassicci e sulle galassie in cui risiedono, per esempio.”