Per la prima volta, fisici teorici dell'Università di Basilea hanno calcolato il segnale di specifiche sorgenti di onde gravitazionali emerse frazioni di secondo dopo il Big Bang. La sorgente del segnale è un fenomeno cosmologico perduto da tempo chiamato "oscillon". Il giornale Lettere di revisione fisica ha pubblicato i risultati.

Sebbene Albert Einstein avesse già previsto l'esistenza delle onde gravitazionali, la loro esistenza non è stata effettivamente dimostrata fino all'autunno 2015, quando rivelatori altamente sensibili hanno ricevuto le onde formate durante la fusione di due buchi neri. Le onde gravitazionali sono diverse da tutte le altre onde conosciute. Mentre viaggiano attraverso l'universo, restringono e allungano il continuum spazio-temporale; in altre parole, distorcono la geometria dello spazio stesso. Sebbene tutte le masse in accelerazione emettano onde gravitazionali, questi possono essere misurati solo quando la massa è estremamente grande, come nel caso dei buchi neri o delle supernove.

Le onde gravitazionali trasportano informazioni dal Big Bang

Però, le onde gravitazionali non solo forniscono informazioni sui principali eventi astrofisici di questo tipo, ma offrono anche uno spaccato della formazione dell'universo stesso. Per saperne di più su questa fase dell'universo, Il prof. Stefan Antusch e il suo team del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea stanno conducendo ricerche su ciò che è noto come lo sfondo stocastico delle onde gravitazionali. Questo fondo è costituito da onde gravitazionali provenienti da un gran numero di sorgenti che si sovrappongono tra loro, insieme producendo un ampio spettro di frequenze. I fisici di Basilea calcolano le gamme di frequenza e le intensità previste per le onde, che possono poi essere testati in esperimenti.

Un universo altamente compresso

Poco dopo il Big Bang, l'universo che vediamo oggi era ancora molto piccolo, denso, e caldo. "Immagina qualcosa delle dimensioni di un pallone da calcio, " Spiega Antusch. L'intero universo è stato compresso in questo spazio molto piccolo, ed era estremamente turbolento. La moderna cosmologia presuppone che a quel tempo l'universo fosse dominato da una particella nota come inflazione e dal suo campo associato.

Gli oscilloni generano un segnale potente

L'inflazione ha subito intense fluttuazioni, che aveva proprietà speciali. formavano grumi, Per esempio, facendoli oscillare in regioni localizzate dello spazio. Queste regioni sono chiamate oscillons e possono essere immaginate come onde stazionarie. "Anche se gli oscilloni hanno da tempo cessato di esistere, le onde gravitazionali che emettono sono onnipresenti - e possiamo usarle per guardare più lontano che mai nel passato, "dice Antusch.

Utilizzando simulazioni numeriche, il fisico teorico e il suo team sono stati in grado di calcolare la forma del segnale dell'oscillo, che è stato emesso poche frazioni di secondo dopo il Big Bang. Appare come un picco pronunciato nell'altrimenti piuttosto ampio spettro delle onde gravitazionali. "Non avremmo mai pensato prima dei nostri calcoli che gli oscilloni potessero produrre un segnale così forte a una frequenza specifica, " spiega Antusch. Ora, in un secondo momento, i fisici sperimentali devono effettivamente dimostrare l'esistenza del segnale utilizzando dei rivelatori.