L'osservatorio "galattico" vede potenziali indizi di onde gravitazionali

Gli scienziati ritengono che pianeti come la Terra oscillino in un mare di onde gravitazionali che si diffondono in tutto l'universo. Ora, un team internazionale si è avvicinato più che mai per rilevare quelle increspature cosmiche.

L'osservatorio "galattico" vede potenziali indizi di onde gravitazionali

Gli scienziati hanno utilizzato un osservatorio spaziale "delle dimensioni di una galassia" per trovare possibili indizi di un segnale unico dalle onde gravitazionali, o le potenti increspature che attraversano l'universo e deformano il tessuto dello spazio e del tempo stesso.

Le nuove scoperte, apparse di recente su The Astrophysical Journal Letters , provengono da un progetto statunitense e canadese chiamato North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

Per oltre 13 anni, i ricercatori di NANOGrav hanno esaminato attentamente la luce che scorre da dozzine di pulsar sparse in tutta la Via Lattea per cercare di rilevare uno "sfondo di onde gravitazionali". Questo è ciò che gli scienziati chiamano il flusso costante di radiazione gravitazionale che, secondo la teoria, lambisce la Terra su base costante. Il team non ha ancora individuato quell'obiettivo, ma si sta avvicinando come mai prima d'ora, ha detto Joseph Simon, astrofisico presso l'Università del Colorado Boulder e autore principale del nuovo articolo.

"Abbiamo trovato un segnale forte nel nostro set di dati", ha detto Simon, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze Astrofisiche e Planetarie. "Ma non possiamo ancora dire che questo sia lo sfondo delle onde gravitazionali".

Nel 2017, gli scienziati di un esperimento chiamato Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno vinto il Premio Nobel per la fisica per il primo rilevamento diretto delle onde gravitazionali. Quelle onde sono state create quando due buchi neri si sono schiantati l'uno contro l'altro a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra, generando uno shock cosmico che si è diffuso al nostro sistema solare.

Quell'evento è stato l'equivalente di uno schianto di piatti: un'esplosione violenta e di breve durata. Le onde gravitazionali che Simon ei suoi colleghi stanno cercando, al contrario, sono più simili al ronzio costante di una conversazione a un cocktail party affollato.

Rilevare quel rumore di fondo sarebbe un importante risultato scientifico, aprendo una nuova finestra sul funzionamento dell'universo, ha aggiunto. Queste onde, ad esempio, potrebbero fornire agli scienziati nuovi strumenti per studiare come i buchi neri supermassicci al centro di molte galassie si fondono nel tempo.

"Questi primi accenni allettanti di uno sfondo di onde gravitazionali suggeriscono che i buchi neri supermassicci probabilmente si fondono e che stiamo oscillando in un mare di onde gravitazionali che si increspano dalle fusioni di buchi neri supermassicci nelle galassie in tutto l'universo", ha detto Julie Comerford, professore associato di scienza astrofisica e planetaria presso CU Boulder e membro del team NANOGrav.

Simon presenterà i risultati della sua squadra in una conferenza stampa virtuale lunedì al 237 ° incontro dell'American Astronomical Society.

Fari galattici

Attraverso il loro lavoro su NANOGrav, Simon e Comerford fanno parte di una corsa internazionale ad alto rischio, sebbene collaborativa, per trovare lo sfondo delle onde gravitazionali. Il loro progetto si unisce ad altri due provenienti da Europa e Australia per creare una rete chiamata International Pulsar Timing Array.

Simon ha detto che, almeno secondo la teoria, l'unione di galassie e altri eventi cosmologici produce un costante turbinio di onde gravitazionali. Sono enormi: una singola onda, ha detto Simon, può impiegare anni o anche di più per attraversare la Terra. Per questo motivo, nessun altro esperimento esistente può rilevarli direttamente.

"Altri osservatori cercano onde gravitazionali dell'ordine dei secondi", ha detto Simon. "Stiamo cercando onde che sono nell'ordine di anni o decenni".

Lui ei suoi colleghi dovevano diventare creativi. Il team di NANOGrav utilizza i telescopi a terra non per cercare onde gravitazionali ma per osservare le pulsar. Queste stelle collassate sono i fari della galassia. Girano a velocità incredibilmente elevate, inviando flussi di radiazioni che precipitano verso la Terra in uno schema lampeggiante che rimane per lo più invariato nel corso degli eoni.

Simon ha spiegato che le onde gravitazionali alterano il modello costante di luce proveniente dalle pulsar, tirando o comprimendo le distanze relative che questi raggi percorrono attraverso lo spazio. Gli scienziati, in altre parole, potrebbero essere in grado di individuare lo sfondo delle onde gravitazionali semplicemente monitorando le pulsar per i cambiamenti correlati nel momento in cui arrivano sulla Terra.

"Queste pulsar stanno girando velocemente quanto il tuo frullatore da cucina", ha detto. "E stiamo osservando deviazioni nella loro tempistica di poche centinaia di nanosecondi."

Qualcosa lì

Per trovare quel segnale sottile, il team di NANOGrav si sforza di osservare quante più pulsar possibile il più a lungo possibile. Ad oggi, il gruppo ha osservato 45 pulsar per almeno tre anni e, in alcuni casi, per ben oltre un decennio.

Il duro lavoro sembra dare i suoi frutti. Nel loro ultimo studio, Simon e i suoi colleghi riferiscono di aver rilevato un segnale distinto nei loro dati: alcuni processi comuni sembrano influenzare la luce proveniente da molte delle pulsar.

"Abbiamo attraversato ciascuna delle pulsar una per una. Penso che ci aspettavamo tutti di trovarne alcune che erano quelle sbagliate che gettavano i nostri dati", ha detto Simon. "Ma poi li abbiamo superati tutti e abbiamo detto, 'Oh mio Dio, c'è davvero qualcosa qui.'"

I ricercatori non sono ancora in grado di dire con certezza cosa stia causando quel segnale. Dovranno aggiungere più pulsar al loro set di dati e osservarli per periodi più lunghi per determinare se è effettivamente lo sfondo delle onde gravitazionali al lavoro.

"Essere in grado di rilevare lo sfondo delle onde gravitazionali sarà un enorme passo, ma in realtà è solo il primo passo", ha detto. "Il secondo passo è individuare le cause di quelle onde e scoprire cosa possono dirci sull'universo".

NANOGrav è un Centro per le frontiere fisiche della National Science Foundation degli Stati Uniti. È co-diretto da Maura McLaughlin della West Virginia University e Xavier Siemens della Oregon State University.