Le onde gravitazionali sono increspature nello spazio-tempo che si presentano in molte forme. Finora, segnali di onde gravitazionali di breve durata sono stati osservati dalla collisione di buchi neri e stelle di neutroni in collisione, ma gli scienziati si aspettano di trovare altri tipi di onde gravitazionali. Una ricerca pubblicata di recente condotta dall'ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) ha studiato le onde continue:onde gravitazionali di lunga durata, in questo caso particolare, onde provenienti da stelle di neutroni, vecchie stelle morte, in sistemi stellari specifici chiamati binarie a raggi X di piccola massa. I rilevatori di onde gravitazionali LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) e Virgo forniscono dati eccellenti per la ricerca di onde continue poiché è probabile che i loro segnali siano sempre presenti nei dati del rilevatore (rispetto alle onde gravitazionali provenienti da buchi neri in collisione, che durano solo un secondo o giù di lì).

stelle di neutroni, che in genere sono circa una volta e mezza la massa del nostro sole, sono molto compatti a soli 20 km di diametro. Alcune stelle di neutroni sono sole, mentre altri sono in sistemi binari:la stella di neutroni e una stella compagna orbitano l'una intorno all'altra. Il team di OzGrav si è concentrato sulla ricerca di onde continue da stelle di neutroni rotanti in "binarie a raggi X a bassa massa" (LMXB). La massa bassa descrive la compagna della stella di neutroni che in genere ha una massa inferiore a quella del nostro sole; sono chiamate binarie a raggi X perché gli scienziati hanno osservato i raggi X da loro usando i telescopi a raggi X.

Nello studio, il team ha cercato onde continue da stelle di neutroni rotanti prendendo di mira direttamente cinque LMXB, che è il primo per questi cinque LMXB. Tutti gli LMXB mirati hanno osservazioni a raggi X che indicano la velocità di rotazione della stella di neutroni:la sua frequenza di rotazione. Questa è un'informazione estremamente utile quando si cercano onde continue poiché ci si aspetta che la frequenza dell'onda continua sia correlata alla frequenza di rotazione della stella di neutroni. Ciò ha permesso al team di cercare ciascun LMXB all'interno di un intervallo di frequenza specifico.

L'autrice principale e ricercatrice di OzGrav Hannah Middleton dell'Università di Melbourne afferma:"Abbiamo utilizzato un metodo di ricerca, sviluppato da ricercatori dell'Università di Melbourne, che è stato precedentemente utilizzato per cercare un altro LMXB chiamato Scorpius X-1. Scorpius X-1 è una promettente sorgente di onde continue, perché i suoi raggi X sono molto luminosi, ma le osservazioni a raggi X non sono state in grado di misurare la frequenza di rotazione di Scorpius X-1. Ciò significa che è necessario esaminare un'ampia gamma di frequenze. Sfruttando le misurazioni a raggi X della frequenza di rotazione per i nostri cinque LMXB, possiamo ridurre il costo computazionale della ricerca, a volte fino al 99 per cento."

Ma conoscere la frequenza di rotazione non è abbastanza:la frequenza dell'onda continua potrebbe non corrispondere alla frequenza di rotazione, quindi il team ha cercato piccoli intervalli di frequenza attorno ai valori misurati.

"La frequenza dell'onda continua potrebbe anche cambiare lentamente nel tempo, quindi dobbiamo essere in grado di tracciarlo per molti mesi di dati, " aggiunge Middleton. "La ricerca utilizza una tecnica chiamata modello di Markov nascosto che è ampiamente utilizzata in applicazioni dal riconoscimento vocale alle tecnologie di comunicazione. La ricerca risultante può tenere traccia di un segnale anche se la frequenza cambia in modo imprevedibile durante un'osservazione".

Quindi cosa hanno scoperto gli scienziati? Dopo aver analizzato i dati della seconda sessione osservativa (oltre 200 giorni tra novembre 2016 e agosto 2017), sfortunatamente non hanno trovato prove evidenti per segnali a onda continua da questi cinque LMXB. Ma la ricerca continua! Il terzo ciclo di osservazione di LIGO e Virgo (da aprile 2019 a marzo 2020) è appena stato completato, quindi gli scienziati di OzGrav hanno un sacco di analisi dei dati e ricerche stellari in cui affondare i denti.