Una collaborazione di 15 anni in cui gli astrofisici della Cornell hanno svolto un ruolo di primo piano ha trovato le prime prove di onde gravitazionali lentamente ondulando attraverso la galassia, increspature nello spazio-tempo probabilmente generate da coppie di buchi neri supermassicci in fase di fusione.
Il Green Bank Telescope di 100 metri di diametro della National Science Foundation nel West Virginia è il più grande oggetto mobile realizzato dall’uomo sulla terraferma e ha fornito i migliori dati possibili su dozzine di pulsar di millisecondi che Arecibo non ha potuto osservare. Credito immagine: Jay Young per Green Bank Observatory
IL Osservatorio nanohertz nordamericano per le onde gravitazionali (NANOGrav) Il Physics Frontiers Center aveva precedentemente riportato accenni alle onde a bassa frequenza previste dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma ha affermato che il segnale era troppo debole per confermare la loro esistenza.
In ricerca pubblicata in The Astrophysical Journal Letters, il team di quasi 200 scienziati e 80 istituzioni partner ha affermato che i suoi 15 anni di osservazioni con radiotelescopi e una collezione di orologi cosmici – pulsar in rapida rotazione – hanno ora fornito prove convincenti di onde gravitazionali con oscillazioni che durano da anni a decenni.
Il rilevamento e le misurazioni in corso dovrebbero far progredire la comprensione dell’evoluzione dell’universo su larga e piccola scala, dalle intuizioni su quanto spesso le galassie si scontrano e cosa spinge i buchi neri a fondersi, alla natura fondamentale della gravità, secondo gli esperti di Cornell.
Il telescopio Arecibo di 305 metri di diametro della National Science Foundation a Porto Rico, che è crollato nel 2020, è stato per decenni il radiotelescopio più grande e sensibile del mondo e rappresentava circa la metà della sensibilità alle onde gravitazionali di NANOGrav. Credito immagine: telescopio di Arecibo
“Stiamo aprendo una strada completamente nuova di esplorazione astrofisica che non potevamo sondare prima con le onde elettromagnetiche”, ha detto Shami Chatterjee, dottorato di ricerca ’03, professore di ricerca presso il Dipartimento di Astronomia del Collegio delle Arti e delle Scienze (A&S); ricercatore principale presso il Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (CCAPS) E Istituto Carl Sagan (CSI); e presidente del gruppo di lavoro di NANOGrav che guida le ricerche di pulsar. “È una pietra miliare a lungo cercata.”
Le onde gravitazionali appena rilevate differiscono da quelle fugaci e ad alta frequenza rilevate nel 2015 dal Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), che sono state create dalla collisione di buchi neri 30 volte più massicci del sole.
Al contrario, si pensa che le onde a bassa frequenza siano generate da coppie in orbita dei buchi neri più massicci dell’universo: milioni o miliardi di volte più massicci del sole, con dimensioni maggiori della distanza tra la Terra e il sole.
“Questi sono mostri giganti e c’era una disputa sul fatto che esistessero davvero”, ha detto Giacomo CordesGeorge Feldstein Professor of Astronomy in A&S e membro di CCAPS e CSI.
“Abbiamo anche dimostrato che questi massicci buchi neri al centro delle galassie possono avvicinarsi abbastanza da emettere onde gravitazionali, mentre si avvicinano e si muovono a spirale l’uno attorno all’altro sempre più velocemente. Anche quel processo è stato contestato.
Supportato dalla National Science Foundation, NANOGrav ha raccolto dati con l’Osservatorio di Arecibo a Porto Rico – che Cornell ha gestito per decenni, prima del suo crollo nel 2020 – Green Bank Telescope in West Virginia e il Very Large Array nel New Mexico.
Gli osservatori a terra hanno misurato gli impulsi delle onde radio generate da una rete di 68 pulsar situate a poche migliaia di anni luce dalla Terra. Ruotando centinaia di volte al secondo, le cosiddette pulsar millisecondo, che sono resti ultra densi di stelle massicce, emettono fasci di onde radio a intervalli estremamente precisi, come un faro.
“Le pulsar al millisecondo sono meravigliose non solo perché sono oggetti astrofisici intrinsecamente eccitanti, ma anche perché sono ottimi strumenti per studiare la fisica in aree che vanno dalle onde gravitazionali al comportamento della materia a densità sopranucleare nei nuclei delle stelle di neutroni”, ha detto Grato Cromartieun Einstein Postdoctoral Fellow della NASA presso il CCAPS e presidente del gruppo di lavoro sulla sincronizzazione delle pulsazioni di NANOGrav, che ha svolto un ruolo di primo piano nella produzione del set di dati di 15 anni.
“È sorprendente poter tenere conto di ogni singolo impulso di un oggetto che ruota centinaia di volte al secondo e ottenere una misurazione che si avvicina alla precisione dell’orologio atomico”.
Le onde gravitazionali allungano e comprimono lo spazio tra le pulsar e la Terra, facendo sì che i raggi arrivino a un telescopio leggermente prima o dopo, secondo NANOGrav.
I ricercatori hanno affermato che le correlazioni nelle deviazioni temporali tra le pulsar erano coerenti con le onde gravitazionali previste. Le onde non hanno avuto origine da un’unica fonte, ma sono state rilevate come un “ronzio” di sottofondo, come voci sovrapposte in mezzo alla folla o strumenti in un’orchestra.
La collaborazione NANOGrav ha trovato la prima prova di onde gravitazionali a bassa frequenza che permeano il cosmo. La scoperta è stata resa possibile con 15 anni di osservazioni di pulsar che hanno trasformato la Via Lattea in un rilevatore di onde gravitazionali delle dimensioni di una galassia. Credito immagine: NANOGrav/Sonoma State Univ./Aurore Simonnet
Adamo Braciereuno scienziato computazionale presso il Centro per l’informatica avanzata (CAC)che conserva un archivio dei dati dell’iniziativa, è co-direttore del gruppo di lavoro sulle infrastrutture informatiche ed è un membro eletto del team di gestione di NANOGrav.
“È davvero diverso da qualsiasi altra cosa in cui sono stato coinvolto: la semplice durata del fare scienza e la certezza che alla fine funzionerà, e vedere segnali allettanti che crescono nel tempo”, ha detto Brazier. “Quello che stiamo vedendo è come un segnale derivante dal rumore.”
Man mano che le misurazioni continuano a migliorare, il progetto prevede di identificare singole coppie di buchi neri supermassicci per l’indagine, un po’ come prendere le note da un’orchestra cosmica.
“Anche se ci sono voluti più di 15 anni”, ha detto Cordes, “questo annuncio è davvero solo l’inizio”.
Fonte: Università Cornell
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
