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

Le nuove scoperte, che è apparso di recente in Le Lettere del Giornale Astrofisico , provengono da un progetto statunitense e canadese chiamato North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

Da oltre 13 anni, I ricercatori di NANOGrav hanno studiato attentamente il flusso di luce proveniente 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, inonda la Terra in modo costante. La squadra non ha ancora individuato quell'obiettivo, ma si sta avvicinando come mai prima d'ora, disse Giuseppe Simone, un astrofisico presso l'Università del Colorado Boulder e autore principale del nuovo articolo.

"Abbiamo trovato un segnale forte nel nostro set di dati, " disse Simone, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze Astrofisiche e Planetarie. "Ma non possiamo ancora dire che questo sia lo sfondo dell'onda gravitazionale".

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

Quell'evento fu l'equivalente di uno schianto di piatti, un'esplosione violenta e di breve durata. Le onde gravitazionali che Simon e i suoi colleghi stanno cercando, in contrasto, 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, Per esempio, potrebbe 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, un professore associato di scienze astrofisiche e planetarie presso CU Boulder e membro del team NANOGrav.

Simon presenterà i risultati del suo team in una conferenza stampa virtuale lunedì al 237° meeting dell'American Astronomical Society.

fari galattici

Attraverso il loro lavoro su NANOGrav, Simon e Comerford fanno parte di una posta in gioco alta, anche se collaborativo, gara internazionale per trovare lo sfondo delle onde gravitazionali. Il loro progetto si unisce ad altri due fuori dall'Europa e dall'Australia per creare una rete chiamata International Pulsar Timing Array.

Simone ha detto che almeno secondo la teoria la fusione di galassie e altri eventi cosmologici produce una costante agitazione di onde gravitazionali. Sono enormi:una singola onda, Simone ha detto, possono volerci anni o anche di più per superare la Terra. Per tale motivo, nessun altro esperimento esistente può rilevarli direttamente.

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

Lui e i suoi colleghi hanno dovuto essere creativi. Il team di NANOGrav utilizza i telescopi a terra non per cercare le 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 sfrecciano verso la Terra in uno schema intermittente che rimane per lo più immutato nel corso degli eoni.

Simon ha spiegato che le onde gravitazionali alterano lo schema costante della luce proveniente dalle pulsar, tirando o schiacciando le distanze relative che questi raggi percorrono nello spazio. Scienziati, in altre parole, potrebbe essere in grado di individuare lo sfondo dell'onda gravitazionale semplicemente monitorando le pulsar per i cambiamenti correlati nei tempi di quando arrivano sulla Terra.

"Queste pulsar girano veloci come il tuo frullatore da cucina, " ha detto. "E stiamo osservando deviazioni nella loro tempistica di poche centinaia di nanosecondi".

Qualcosa c'è

Per trovare quel segnale sottile, il team NANOGrav si sforza di osservare quante più pulsar possibili il più a lungo possibile. Ad oggi, il gruppo ha osservato 45 pulsar per almeno tre anni e, in alcuni casi, da 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 buttavano via i nostri dati, " disse Simon. "Ma poi li abbiamo superati tutti, e abbiamo detto, 'Dio mio, c'è davvero qualcosa qui.'"

I ricercatori non possono ancora 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 dell'onda gravitazionale al lavoro.

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