Scoperte recenti nel campo della fisica astrofisica hanno rivelato l’esistenza di un background cosmico di onde gravitazionali che permea l’universo. Questa scoperta, effettuata da un team di scienziati, compresi membri del North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves , rappresenta un passo significativo per comprendere il comportamento e la formazione di onde gravitazionali generate da buchi neri supermassicci.
Le onde gravitazionali e il loro significato
Le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto dello spaziotempo causate dal movimento di oggetti massicci, come i buchi neri. Il 28 giugno, gli scienziati hanno comunicato di aver evidenziato un background universale di onde gravitazionali di grande lunghezza d’onda che permeano il cosmo. Questo fenomeno è ritenuto prodotto da buchi neri supermassicci che orbitano l’uno attorno all’altro prima di fondersi, potenzialmente creando onde che viaggiano attraverso l’universo per eoni.
Immaginate queste onde come il rumore di sottofondo in una festa affollata: una moltitudine di conversazioni che si sovrappongono senza che sia possibile identificare singole conversazioni. La rilevazione di questo sfondo è cruciale per comprendere come si creano le onde gravitazionali e come evolvono nel loro percorso attraverso il cosmo. Essi forniscono anche informazioni su eventi di fusione di buchi neri, fenomeni che possono estendersi per milioni di anni e che si verificano in molte galassie, influenzando la loro crescita e sviluppo.
Le osservazioni di NANOGrav
I risultati riportati in una serie di articoli su The Astrophysical Journal Letters sono il frutto di oltre 15 anni di osservazioni da parte di un team di 190 scienziati provenienti da Stati Uniti e Canada. NANOGrav ha sfruttato i dati raccolti da famosi radiotelescopi, come l’Osservatorio di Arecibo a Porto Rico e il Green Bank Telescope nel West Virginia, monitorando 68 pulsar. Queste stelle di neutroni, che ruotano rapidamente e rilasciano fasci di radiazione, fungono da boe in un mare di onde gravitazionali, consentendo agli scienziati di studiare come queste onde influenzano le pulsar nel tempo.
Il processo di rilevazione di queste onde è estremamente delicato; le perturbazioni causate dalle onde gravitazionali sulle pulsar sono realmente minime. Tuttavia, il lavoro continuo e dedicato ha portato a importanti scoperte. Ora, gli scienziati sono in grado di comprendere meglio come i buchi neri di grande massa, situati nei centri delle galassie, si muovono lentamente l’uno intorno all’altro e come il loro movimento possa generare onde gravitazionali.
La storia delle onde gravitazionali
Il concetto di onde gravitazionali è stato introdotto da Albert Einstein nel 1916, anche se è passato quasi un secolo prima che queste onde venissero rilevate direttamente. Nel 2015, l’interferometro LIGO ha registrato onde gravitazionali provenienti da buchi neri che collidono, segnando un momento storico nella ricerca astrofisica. A differenza di LIGO, NANOGrav è progettato per catturare onde a frequenze molto più basse, nell’intervallo dei nanohertz, provenienti da enormi buchi neri che compiono movimenti lenti e prolungati.
Le onde di alta frequenza di LIGO si generano durante le fasi finali di fusione fra coppie di buchi neri più piccoli e rapidi, mentre quelle a bassa frequenza raccolte da NANOGrav sono in genere il risultato di buchi neri supermassicci che si trovano nelle galassie. Questa distinzione è fondamentale per comprendere le diverse dinamiche in gioco riguardo ai buchi neri e le loro interazioni.
Osservazioni e proiezioni future
Nel corso dei nuovi studi, NANOGrav ha identificato un “ronzio” di onde gravitazionali proveniente da molte coppie di buchi neri supermassicci, suggerendo la presenza di un’attività costante a livello cosmico. Per captare questo sfondo, il team ha sviluppato software avanzato a confronto fra le tempistiche delle pulsar nella loro rete. Le onde gravitazionali creano variazioni nei tempi di arrivo dei segnali luminosi emessi dalle pulsar, e questo può essere utilizzato per monitorare i cambiamenti nel tempo causati da queste onde.
Tuttavia, il lavoro degli scienziati non finisce qui. I prossimi sviluppi includeranno anche il telescopio canadese CHIME, entrato a far parte del progetto nel 2019, e il nuovo progetto DSA-2000, un array di antenne radio in fase di realizzazione nel deserto del Nevada, previsti in funzione per il 2027. Gli scienziati sperano di chiarire ulteriormente le dinamiche della fusione dei buchi neri supermassicci, inclusi fattori come la frequenza con cui questi eventi avvengono e le forze che influenzano il loro modo di unirsi nel vasto universo.