L’universo ha un suo “rumore di fondo”: sono le onde gravitazionali a bassa frequenza
È ufficiale. Nello spazio c’è qualcosa che scuote le stelle in un modo che non può essere attribuito al caso. Si tratta di una forma di onde gravitazionali a lungo teorizzata e che crea un “rumore di fondo” che risuona in tutto l’universo. L’annuncio della prova della loro esistenza è arrivato da diversi team di scienziati in tutto il mondo, che hanno trovato in modo indipendente i segnali di queste onde studiando le pulsar, i nuclei morti delle stelle esplose in una supernova. Alcune pulsar ruotano centinaia di volte al secondo su se stesse, facendo lampeggiare raggi di onde radio a intervalli estremamente regolari, come se fossero dei fari cosmici. Ciò significa che possono agire come “un orologio molto, molto preciso” ha affermato Michael Keith dell'European Pulsar Timing Array.
Le pulsar della Via Lattea rivelano l’esistenza di onde gravitazionali a bassa frequenza
Le onde gravitazionali sono causate da eventi massicci nell’universo come, ad esempio, le collisioni tra buchi neri. Una collisione di questo tipo può essere immaginata come un sasso lanciato in uno stagno, le cui onde sono genate dalle increspature. Anziché l’acqua, il mezzo dove questo avviene è lo spazio-tempo, e le increspature, viaggiando alla velocità della luce, si propagano in tutte le direzioni, allungando e comprimendo lo spazio-tempo. Rilevare queste increspature non è però semplice, perché la Terra è semplicemente troppo piccola per rilevarle come lunghezze d’onda a bassa frequenza (nanohertz) e ultra-lunghe (possono estendersi per anni luce), come quelle che ci si attende vengano generate dalla fusione di buchi neri supermassicci al centro delle galassie.
Fortunatamente, le pulsar che si trovano nella nostra galassia, emettono segnali temporizzati in modo molto preciso, che possono essere influenzati da queste onde gravitazionali. In pratica, mentre ruotano, gli impulsi emessi dalle pulsar vengono “alterati” dalle onde gravitazionali, che determinano dei cambiamenti nella loro frequenza.
Per misurare tale variazione, diversi team di tutto il mondo hanno studiato un totale di 115 pulsar in tutta la via Lattea e hanno misurato differenze incredibilmente piccole nella tempistica degli impulsi, alla ricerca di segni rivelatori di onde gravitazionali. La loro identificazione – resa possibile grazie ad anni di lavoro di centinaia di scienziati che hanno utilizzato i radiotelescopi in Nord America, Europa, Cina, India e Australia – è dettagliata in una serie di studi e articoli pubblicati in queste ore sulle principali riviste internazionali.
L’astrofisico francese Antoine Petiteau ha spiegato di essere stato in grado di “rilevare cambiamenti inferiori a un milionesimo di secondo in più di 20 anni”. L’astrofisica Maura McLaughlin, del programma statunitense Pulsar Search Collaboratory, ha dichiarato di essere rimasta “sbalordita” dopo aver visto per la prima volta la prova delle onde nel 2020. “È stato davvero un momento magico” ha ammesso durante la conferenza stampa in cui è stato annunciato il raggiungimento del risultato.
“Abbiamo impiegato gli ultimi 15 anni a trovare il basso ronzio di onde gravitazionali che risuona in tutto l’universo e attraversa la nostra galassia, deformando lo spazio-tempo in modo misurabile” ha aggiunto l’astrofisico americano Stephen Taylor della Vanderbilt University e presidente di NANOGrav – . Siamo molto felici di annunciare che il nostro duro lavoro ha dato i suoi frutti e… abbiamo prove entusiasmanti di questo background di onde gravitazionali”.
Tali prove, coerenti con la teoria della relatività di Albert Einstein, che aveva predetto le onde gravitazionali più di un secolo fa, sono compatibili con l’attuale comprensione dell’universo da parte degli scienziati. Nel corso della conferenza stampa è stato però sottolineato che tale rilevamento non è ancora definitivo, in quanto le misurazioni non hanno ancora raggiunto il livello di certezza “cinque sigma” Cinque sigma indica che esiste una possibilità su un milione che si tratti di un colpo di fortuna statistico.
Ad ogni modo, la scoperta delle onde gravitazionali apre una nuova pagina dell’astrofisica, che ha visto il suo inizio in seguito al rilevamento, nel 2015, di increspature spazio-temporali causate da due buchi neri in collisione. Da allora, i rilevatori di onde gravitazionali hanno registrato quasi 100 eventi, tutti generati dalla fusione di oggetti di massa stellare, buchi neri e stelle di neutroni.
