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Roma – La “melodia” dell’universo è costellata dalla radiazione gravitazionale, un rumore a bassissima frequenza che periodicamente allunga e comprime lo spaziotempo e la materia in esso contenuta. Questa è la conclusione di diversi gruppi di ricercatori provenienti da tutto il mondo che hanno pubblicato contemporaneamente una serie di articoli scientifici a giugno, descrivendo più di 15 anni di osservazioni di pulsar millisecondo all’interno della nostra parte della Galassia Via Lattea. Almeno un gruppo, la collaborazione North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), ha trovato prove convincenti che i ritmi precisi di queste pulsar siano influenzati dall’allungamento e dalla compressione dello spaziotempo causati da queste onde gravitazionali a lunga lunghezza d’onda. “Questa è una prova chiave delle onde gravitazionali a frequenze molto basse”, afferma Stephen Taylor dell’Università di Vanderbilt, che ha co-guidato la ricerca ed è attualmente il presidente della collaborazione. “Dopo anni di lavoro, NANOGrav sta aprendo una finestra completamente nuova sull’universo delle onde gravitazionali.” Le onde gravitazionali furono scoperte per la prima volta dall’Osservatorio di Onde Gravitazionali a Interferometro Laser (LIGO) nel 2015. Le fluttuazioni a breve lunghezza d’onda nello spaziotempo furono causate dalla fusione di buchi neri più piccoli o, occasionalmente, da stelle di neutroni, tutti con una massa inferiore a qualche centinaio di masse solari. La domanda ora è: le onde gravitazionali a lunga lunghezza d’onda, con periodi da anni a decenni, sono anche prodotte da buchi neri? In un articolo della collaborazione NANOGrav, pubblicato l’1 agosto su The Astrophysical Journal Letters, il fisico dell’Università della California, Berkeley, Luke Zoltan Kelley e il team NANOGrav hanno argomentato che il ronzio è probabilmente prodotto da centinaia di migliaia di coppie di buchi neri supermassicci – ciascuno con una massa di miliardi di volte quella del nostro Sole – che nel corso della storia dell’universo si sono avvicinati abbastanza l’uno all’altro da fondersi. Il team ha prodotto simulazioni di popolazioni di binarie di buchi neri supermassicci contenenti miliardi di fonti e ha confrontato le previsioni delle firme delle onde gravitazionali con le osservazioni più recenti di NANOGrav.
La danza orbitale dei buchi neri prima della fusione fa vibrare lo spaziotempo in modo analogo al modo in cui i ballerini del valzer vibrano ritmicamente su una pista da ballo. Queste fusioni nell’arco dei 13,8 miliardi di anni di età dell’universo hanno prodotto onde gravitazionali che oggi si sovrappongono, come le increspature generate da una manciata di ciottoli gettati in uno stagno, per produrre il ronzio di fondo. Poiché le lunghezze d’onda di queste onde gravitazionali sono misurate in anni luce, per rilevarle è stato necessario utilizzare una serie di antenne delle dimensioni di una galassia, una raccolta di pulsar millisecondo. “In poche parole, l’elefante nella stanza è che non siamo ancora sicuri al 100% che sia prodotto da binarie di buchi neri supermassicci. Questo è sicuramente il nostro miglior indizio ed è pienamente compatibile con i dati, ma non siamo certi”, ha detto Kelley, professore di astronomia assistente presso l’Università di Berkeley. “Se si tratta di binarie, allora è la prima volta che confermiamo effettivamente l’esistenza di binarie di buchi neri supermassicci, che è stato un enorme enigma per più di 50 anni.” “Il segnale che stiamo osservando proviene da una popolazione cosmologica nello spazio e nel tempo, in 3D. Una collezione di molte di queste binarie ci dà collettivamente questo sfondo”, ha detto l’astrofisico Chung-Pei Ma, il Judy Chandler Webb Professor nelle scienze fisiche nei dipartimenti di astronomia e fisica presso l’Università di Berkeley e membro della collaborazione NANOGrav. Ma ha osservato che mentre gli astronomi hanno identificato diversi possibili binarie di buchi neri supermassicci utilizzando osservazioni radio, ottiche e a raggi X, possono usare le onde gravitazionali come un nuovo segnale per guidarli nella ricerca di onde elettromagnetiche e condurre studi dettagliati sulle binarie di buchi neri. Ma guida un progetto per studiare 100 dei buchi neri supermassicci più vicini alla Terra ed è desiderosa di trovare prove di attività intorno a uno di essi che suggerisca una coppia binaria in modo che NANOGrav possa sintonizzare l’array di sincronizzazione delle pulsar per indagare su quella porzione del cielo per le onde gravitazionali. Le binarie di buchi neri supermassicci emettono probabilmente onde gravitazionali per un paio di milioni di anni prima di fondersi. Altre possibili cause delle onde gravitazionali di fondo includono gli assioni di materia oscura, i buchi neri residui dall’inizio dell’universo, i cosiddetti buchi neri primordiali, e le stringhe cosmiche. (AGI)
