Le onde d'urto sono disturbi che si propagano attraverso un mezzo, come un'increspatura nell'acqua o un boom sonico nell'aria. Nell’universo, le onde d’urto sono spesso associate a eventi astrofisici violenti, come le supernove e la collisione di buchi neri.
Mentre i fisici hanno compreso da tempo le proprietà di base delle onde d’urto, il loro impatto sul tessuto dello spaziotempo stesso è stato meno chiaro. Il nuovo quadro, sviluppato dai ricercatori dell’Università di Cambridge e della Queen Mary University di Londra, fornisce una base matematica per studiare come le onde d’urto possono curvare lo spaziotempo.
L’idea chiave è trattare le onde d’urto come difetti nello spaziotempo. Proprio come una crepa in un materiale può causare la deformazione dello spazio circostante, così anche un’onda d’urto può creare una piega o una piega nel tessuto dello spaziotempo.
"Il nostro lavoro mostra che le onde d'urto possono essere pensate come 'lacrime' nello spaziotempo", ha affermato il dottor Silviu-Marian Udrea, ricercatore dell'Università di Cambridge e autore principale dello studio. "Queste lacrime non sono permanenti, ma possono persistere per un periodo di tempo limitato."
I ricercatori hanno utilizzato una tecnica matematica chiamata geometria differenziale per descrivere la deformazione dello spaziotempo attorno alle onde d’urto. Hanno scoperto che la curvatura dello spaziotempo è proporzionale alla forza dell’onda d’urto e alla velocità con cui si muove.
Ciò significa che le onde d’urto più forti e quelle che si muovono più velocemente causeranno una deformazione più pronunciata dello spaziotempo. I ricercatori hanno anche scoperto che la forma dell’onda d’urto gioca un ruolo nella deformazione dello spaziotempo. Ad esempio, un'onda d'urto sferica causerà una deformazione diversa rispetto a un'onda d'urto cilindrica o planare.
"Il nostro lavoro fornisce un nuovo modo di pensare alle onde d'urto e al loro impatto sull'universo", ha affermato Udrea. "Ciò suggerisce che le onde d'urto potrebbero svolgere un ruolo importante nell'evoluzione del cosmo e nella formazione di galassie e buchi neri."
I ricercatori affermano che le loro scoperte potrebbero anche aiutare a far luce sulla natura dell’energia oscura, una forza misteriosa che sta accelerando l’espansione dell’universo. Si ritiene che l’energia oscura costituisca circa il 68% dell’universo, ma la sua natura rimane sconosciuta.
"Il nostro lavoro suggerisce che l'energia oscura potrebbe essere correlata alla curvatura dello spaziotempo causata dalle onde d'urto", ha detto Udrea. "Questa è una possibilità entusiasmante che stiamo esplorando nella nostra ricerca in corso."
Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review D.
