Onde gravitazionali, rilevata per la prima volta nel 2016, offrire una nuova finestra sull'universo, con il potenziale per raccontarci tutto, dal periodo successivo al Big Bang agli eventi più recenti nei centri galattici.

E mentre il rivelatore LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da un miliardo di dollari osserva 24 ore su 24, 7 giorni su 7, il passaggio delle onde gravitazionali attraverso la Terra, una nuova ricerca mostra che quelle onde lasciano dietro di sé molti "ricordi" che potrebbero aiutare a rilevarli anche dopo che sono passati.

"Che le onde gravitazionali possano lasciare cambiamenti permanenti a un rivelatore dopo che le onde gravitazionali sono passate è una delle previsioni piuttosto insolite della relatività generale, " ha detto il dottorando Alexander Grant, autore principale di "Persistent Gravitational Wave Observables:General Framework, " pubblicato il 26 aprile in Revisione fisica D .

I fisici sanno da tempo che le onde gravitazionali lasciano un ricordo sulle particelle lungo il loro percorso, e hanno identificato cinque di questi ricordi. I ricercatori hanno ora trovato altri tre effetti collaterali del passaggio di un'onda gravitazionale, "osservabili di onde gravitazionali persistenti" che un giorno potrebbero aiutare a identificare le onde che attraversano l'universo.

Ogni nuovo osservabile, Grant ha detto, fornisce diversi modi per confermare la teoria della relatività generale e offre informazioni sulle proprietà intrinseche delle onde gravitazionali.

Quelle proprietà, i ricercatori hanno detto, potrebbe aiutare a estrarre informazioni dal Cosmic Microwave Background, la radiazione lasciata dal Big Bang.

"Non avevamo previsto la ricchezza e la diversità di ciò che si poteva osservare, " disse Éanna Flanagan, l'Edward L. Nichols Professor e cattedra di fisica e professore di astronomia.

"Ciò che è stato sorprendente per me di questa ricerca è il modo in cui idee diverse a volte erano inaspettatamente collegate, " ha detto Grant. "Abbiamo considerato una grande varietà di differenti osservabili, e ho scoperto che spesso per conoscerne uno, dovevi avere una comprensione dell'altro."

I ricercatori hanno identificato tre osservabili che mostrano gli effetti delle onde gravitazionali in una regione piatta nello spaziotempo che sperimenta uno scoppio di onde gravitazionali, dopodiché torna nuovamente ad essere una regione pianeggiante. Il primo osservabile, "deviazione curva, "è quanto due osservatori in accelerazione si separano l'uno dall'altro, rispetto a come osservatori con le stesse accelerazioni si separerebbero l'uno dall'altro in uno spazio piatto non disturbato da un'onda gravitazionale.

Il secondo osservabile, "olonomia, " si ottiene trasportando informazioni sul momento lineare e angolare di una particella lungo due diverse curve attraverso le onde gravitazionali, e confrontando i due diversi risultati.

Il terzo esamina come le onde gravitazionali influenzano lo spostamento relativo di due particelle quando una delle particelle ha uno spin intrinseco.

Ciascuno di questi osservabili è definito dai ricercatori in un modo che potrebbe essere misurato da un rivelatore. Le procedure di rilevamento per la deviazione della curva e le particelle rotanti sono "relativamente semplici da eseguire, " hanno scritto i ricercatori, richiedendo solo "un mezzo per misurare la separazione e per gli osservatori di tenere traccia delle loro rispettive accelerazioni".

Rilevare l'olonomia osservabile sarebbe più difficile, scrissero, "richiede a due osservatori di misurare la curvatura locale dello spaziotempo (potenzialmente portando in giro piccoli rivelatori di onde gravitazionali)." Data la dimensione necessaria a LIGO per rilevare anche un'onda gravitazionale, la capacità di rilevare osservabili dell'olonomia è al di là della portata della scienza attuale, dicono i ricercatori.

"Ma abbiamo già visto molte cose eccitanti con le onde gravitazionali, e vedremo molto di più. Ci sono anche piani per mettere nello spazio un rivelatore di onde gravitazionali che sarebbe sensibile a sorgenti diverse da LIGO, " disse Flanagan.