In un articolo pubblicato oggi in Lettere di revisione fisica , Valerie Domcke del CERN e Camilo Garcia-Cely di DESY riferiscono su una nuova tecnica per la ricerca delle onde gravitazionali, le increspature nel tessuto dello spaziotempo che sono state rilevate per la prima volta dalle collaborazioni LIGO e Virgo nel 2015 e hanno fatto guadagnare a Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne il Premio Nobel per la Fisica nel 2017.

La tecnica di Domcke e Garcia-Cely si basa sulla conversione delle onde gravitazionali ad alta frequenza (che vanno da megahertz a gigahertz) in onde radio. Questa conversione avviene in presenza di campi magnetici e distorce la radiazione residua dell'universo primordiale nota come fondo cosmico a microonde, che permea l'universo.

Il duo di ricerca mostra che questa distorsione, dedotto dai dati cosmici di fondo a microonde ottenuti con i radiotelescopi, può essere utilizzato per la ricerca di onde gravitazionali ad alta frequenza generate da sorgenti cosmiche come quelle dei secoli bui o anche più indietro nella nostra storia cosmica. I secoli bui sono il periodo compreso tra il momento in cui si sono formati gli atomi di idrogeno e il momento in cui le prime stelle hanno illuminato il cosmo.

"Le probabilità che queste onde gravitazionali ad alta frequenza si convertano in onde radio sono minime, ma controbilanciamo queste probabilità usando un enorme rivelatore, il cosmo, " spiega Domcke. "Il fondo cosmico a microonde fornisce un limite superiore all'ampiezza delle onde gravitazionali ad alta frequenza che si convertono in onde radio. Queste onde ad alta frequenza sono fuori dalla portata degli interferometri laser LIGO, Vergine e KAGRA."

Domcke e Garcia-Cely derivarono due di questi limiti superiori, utilizzando misurazioni cosmiche di fondo a microonde da due radiotelescopi:lo strumento ARCADE 2 a bordo di un pallone e il telescopio EDGES situato presso l'Osservatorio di radioastronomia di Murchison nell'Australia occidentale. I ricercatori hanno scoperto che, per i campi magnetici cosmici più deboli possibili, determinato dai dati astronomici attuali, le misurazioni di BORDI risultano in un'ampiezza massima di una parte in 10 ¹² per un'onda gravitazionale con una frequenza di circa 78 MHz, considerando che le misurazioni ARCADE 2 producono un'ampiezza massima di una parte in 10 ¹⁴ a una frequenza di 3-30 GHz. Per i campi magnetici cosmici più forti possibili, questi limiti sono più stretti:una parte in 10 ²¹ (EDGES) e una parte in 10 ²⁴ (ARCADE 2) – e sono circa sette ordini di grandezza più rigorosi degli attuali limiti derivati ​​da esperimenti di laboratorio esistenti.

Domcke e Garcia-Cely affermano che i dati dei radiotelescopi di prossima generazione come lo Square Kilometer Array, nonché una migliore analisi dei dati, dovrebbe stringere ulteriormente questi limiti e forse potrebbe anche rilevare le onde gravitazionali delle ere oscure e dei primi tempi cosmici.