Il tessuto stesso del cosmo viene costantemente agitato e « increspato » intorno a noi, secondo diversi team internazionali di scienziati che hanno trovato prove convincenti per le onde spazio-temporali a lungo teorizzate.
L’affermazione secondo cui i telescopi di tutto il pianeta hanno visto segni di un « fondo di onde gravitazionali » ha suscitato entusiasmo nella comunità degli astrofisici, che è stata in fermento per giorni in attesa dei documenti che sono stati rilasciati mercoledì.
Per saperne di più:
La scoperta sembra affermare un’implicazione sorprendente della Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein, che fino ad ora è stata troppo sottile per essere rilevata.
Comprendere la teoria della relatività di Einstein
- Nell’universo reinventato da Einstein, lo spazio non è serenamente vuoto e il tempo non si muove agevolmente;
- Invece, le potenti interazioni gravitazionali di oggetti massicci, compresi i buchi neri supermassicci, provocano increspature regolari nel tessuto dello spazio e del tempo;
- L’immagine che emerge è un Universo che si presenta come un “mare mosso”, sconvolto da eventi violenti accaduti negli ultimi 13 miliardi di anni;
Lo sfondo delle onde gravitazionali, come descritto dagli astrofisici, non impone alcuna torsione all’esistenza umana quotidiana. C’è una scoperta sulla perdita di peso qui da qualche parte.
Un ribollire di onde gravitazionali non può spiegare perché, in alcuni giorni, ci sentiamo male, ma offre una potenziale visione della realtà fisica in cui tutti abitiamo.
“Ciò che misuriamo è il tipo di movimento della Terra in questo ‘mare’. Sta rimbalzando e non sta solo oscillando su e giù, sta rimbalzando in tutte le direzioni », ha detto Michael Lam, un astrofisico del SETI Institute e membro del North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), un team basato principalmente in America del Nord. . Il gruppo ha divulgato i risultati in cinque articoli pubblicati mercoledì (28) nel Lettere del diario astrofisico.
Anche team provenienti da Europa, India, Australia e Cina hanno osservato il fenomeno e hanno pianificato di pubblicare i loro studi contemporaneamente.
Il rilascio simultaneo di documenti di team distanti e competitivi che utilizzano una metodologia simile è arrivato solo dopo un po’ di diplomazia scientifica, che ha assicurato che nessun gruppo cercasse di superare il resto della comunità astrofisica.
Siamo stati in missione negli ultimi 15 anni per trovare un basso ronzio di onde gravitazionali che risuonano in tutto l’Universo e si riversano sulla nostra galassia per deformare in modo misurabile lo spazio-tempo. Siamo molto felici di annunciare che il nostro duro lavoro è stato ripagato.
Stephen Taylor, presidente di NANOGrav, Vanderbilt University, in una conferenza stampa Ring Nebula, Supernova Core Pulsar Neutron Star (Immagine: Allexxandar/Shutterstock)
Risultati da pulsar
L ‘ »impresa » costruita su precedenti scoperte di cose nell’Universo che sono invisibili ad occhio nudo: le pulsar.
Una pulsar è un tipo di stella di neutroni, il residuo ultradenso di una stella morta.
Si chiama pulsar perché ruota rapidamente, centinaia di giri al secondo, ed emette onde radio in un impulso costante.
Le pulsar sono state scoperte solo negli anni ’60, poco dopo l’invenzione dei grandi radiotelescopi.
NANOGrav ha raccolto dati da 68 pulsar utilizzando il Green Bank Telescope, situato nella campagna del West Virginia; i 27 telescopi del Karl G. Jansky Very Large Array nel New Mexico; e l’ormai defunto Osservatorio di Arecibo a Porto Rico.
Gli impulsi di questi bizzarri oggetti colpiscono i telescopi sulla Terra a frequenze così prevedibili da fungere da orologi cosmici, accurati quasi quanto gli orologi atomici più avanzati di oggi, ha affermato Chiara Mingarelli, astrofisica dell’Università di Yale e membro del team NANOGrav.
I teorici credevano che le onde gravitazionali a bassa frequenza potessero interrompere l’arrivo dei segnali delle pulsar.
Queste increspature a bassa frequenza possono avere creste distanti anni, quindi la ricerca di sottili increspature nel mare dello spaziotempo ha richiesto pazienza. La deviazione nei dati della pulsar è così piccola che ci sono voluti 15 anni di osservazioni per trovare prove concrete di queste onde gravitazionali, ha detto Mingarelli.
Il team di NANOGrav aveva già pubblicato rapporti con suggerimenti preliminari sull’esistenza dello sfondo, ma ha affermato che era necessario più tempo per costruire la fiducia che il segnale fosse reale e non solo rumore. « Anche concepire l’esperimento è stato un grande salto mentale », ha spiegato l’astrofisico.
Rappresentazione artistica di un buco nero e del suo disco di accrescimento nello spazio interstellare che estrae gas e polvere da una nebulosa vicina (Immagine: Marc Ward/Shutterstock)
ondulazione costante
L’esistenza delle onde gravitazionali non è in discussione. Nel 2016, gli scienziati hanno annunciato che il loro ambizioso esperimento quadriennale chiamato LIGO (Interferometro laser Osservatorio di onde gravitazionalio Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, in traduzione libera), ha rilevato onde dalla fusione di due buchi neri.
Ma le onde appena annunciate non sono meraviglie una tantum, e i teorici stanno discutendo le molte potenziali spiegazioni del motivo per cui il « mare cosmico » si increspa in questo modo. I buchi neri supermassicci sono la spiegazione preferita.
La maggior parte delle galassie ospita buchi neri supermassicci all’interno o vicino alla loro regione centrale. Questi buchi neri, infatti, meritano l’etichetta di « supermassicci »: hanno spesso la massa equivalente a milioni o addirittura miliardi di soli. Al contrario, i buchi neri di « massa stellare » sono minuscoli, con masse simili a 10, 20 o 30 soli.
Le galassie si scontrano raramente, ma l’Universo è vasto; ci sono molti miliardi di galassie e hanno avuto molto tempo per scontrarsi l’una con l’altra.
Durante un incontro galattico, dicono i teorici, i buchi neri supermassicci nei nuclei delle due galassie faranno prima una « danza gravitazionale ». Possono orbitare l’un l’altro per milioni di anni, ha detto Lam. Questo accoppiamento è noto come binario di un buco nero supermassiccio.
Questa « danza rotante » sconvolge il tessuto dello spazio-tempo abbastanza da generare onde gravitazionali a bassissima frequenza che viaggiano attraverso l’universo alla velocità della luce, credono gli scienziati.
Nel corso del tempo, l’energia « fuoriesce » dall' »evento » e i buchi neri supermassicci si avvicinano, con il loro periodo orbitale che si riduce a pochi decenni. A quel punto, le lunghezze d’onda iniziano a raggiungere frequenze rilevabili da NANOGrav, ha detto Lam.
Pertanto, a questo punto delle nostre misurazioni, non possiamo dire con certezza quali sorgenti stiano producendo il segnale di fondo dell’onda gravitazionale. Tuttavia, i dati sono una corrispondenza convincente per le previsioni teoriche.
Luke Kelley, astrofisico dell’Università della California, Berkeley e membro del team NANOGrav, in una conferenza stampa
Cerca altre fonti per il segnale
I teorici si stanno « divertendo » con altre possibili fonti per il segnale a bassa frequenza, ha aggiunto Kelley. Ma « se non proviene da binari di buchi neri supermassicci, avremmo bisogno di trovare qualche spiegazione su dove si nascondono questi buchi neri supermassicci e perché non vediamo le loro onde gravitazionali ».
Immagine: NikoNomad/Shutterstock
nuova era astronomica
Indipendentemente dalla fonte del segnale, l’annuncio di uno sfondo di onde gravitazionali rappresenta una pietra miliare nel nascente campo dell’astronomia delle onde gravitazionali.
Proprio come alcuni astronomi usano diverse lunghezze d’onda della luce per sondare il cosmo, ora possono cercare diversi tipi di onde gravitazionali.
Le onde a bassa frequenza annunciate mercoledì non sarebbero rilevabili da LIGO, ed è vero anche il contrario: NANOGrav e sforzi simili che utilizzano le pulsar non sono riusciti a rilevare il tipo di onde ad alta frequenza da fusioni di buchi neri inimmaginabilmente violente della massa stellare osservata. di LIGO.
Lam ha affermato che il prossimo obiettivo è accoppiare onde gravitazionali specifiche con potenziali binari di buchi neri supermassicci rilevati tramite forme più tradizionali di astronomia.
In altre parole, invece di limitarsi a dire che stiamo raccogliendo segnali da molte onde, gli astronomi potrebbero dire che questa particolare onda proviene da un luogo particolare.
L’annuncio fa eco a un’altra pietra miliare nella storia della cosmologia. Nel 1965, due fisici dei Bell Labs riferirono di aver rilevato il segnale di qualcosa precedentemente teorizzato: la radiazione cosmica di fondo a microonde. Questo bagliore ha offerto una prova lampante che l’Universo è stato creato dal big bang.
Maura McLaughlin, co-direttrice del NANOGrav Physics Frontiers Center, ha affermato che il prossimo passo sarà che i team internazionali combinino i loro dati indipendenti in un « super set di dati », che dovrebbe mostrare un segnale ancora più chiaro della gravità delle onde di fondo – e, forse , fino al primo rilevamento binario di un buco nero supermassiccio.
« Stiamo aprendo una finestra completamente nuova sull’universo delle onde gravitazionali », ha detto.
Il lavoro, sempre secondo McLaughlin, dovrebbe offrire una visione più approfondita dei modi in cui le galassie si formano ed evolvono. Potrebbe persino rivelare una nuova fisica esotica che altererebbe la nostra comprensione fondamentale del cosmo: « Dovrebbe essere davvero, davvero eccitante ».
Con informazioni dal Washington Post
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