Dopo 15 anni di raccolta dati utilizzando i più grandi radiotelescopi del mondo (e utilizzando un osservatorio virtuale delle dimensioni della nostra galassia), i ricercatori del North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) hanno rilasciato una scoperta impressionante: il rilevamento di un fondo cosmico (un mormorio miracolosamente percettibile) di onde gravitazionali associate agli eventi più violenti dell’universo.
Hanno scoperto come vedere lo schermo del cosmo in cui si sono svolti eventi di tale dimensione, che fino ad oggi non sono stati nemmeno narrati nella mitologia.
Da dove proviene il sussurro rilevato?
Secondo gli autori dello studio, queste onde sottili, impercettibili per le nostre orecchie tecnologiche, potrebbero essere causate dalla fusione di buchi neri supermassicci (con masse fino a miliardi di volte quella del nostro Sole) quando hanno iniziato a ruotare rapidamente l’uno intorno all’altro. Un’altra ipotesi suggerisce la sua formazione durante il periodo di inflazione dell’universo, alcuni miliardi di anni dopo il Big Bang.
Per identificarli, gli scienziati si sono affidati al minuscolo effetto nano prodotto da straordinari oggetti cosmici: le pulsar.
Le pulsar sono orologi astrofisici straordinariamente accurati e fungono da peculiari metronomi cosmici. Sono resti di stelle morte che ruotano ad alta velocità, emettendo un impulso radio ad ogni giro. Ruotando così velocemente (e posizionandosi nel nostro campo visivo), un osservatore sulla Terra percepisce un raggio che si ripete migliaia di volte al secondo, permettendo di misurare il tempo con una precisione superiore a quella di un orologio atomico.
La favolosa scoperta è stata che le onde gravitazionali producono su di esse un effetto inammissibile per un orologiaio: rallentano o anticipano la loro rotazione.
Quando lo spazio-tempo si deforma
Le onde gravitazionali, previste da Einstein 100 anni fa, sono perturbazioni dello spazio-tempo, simili alle onde dell’acqua sulla superficie di uno stagno, che si propagano alla velocità della luce. Sebbene siano legati a fenomeni estremamente violenti nell’universo (come la fusione dei buchi neri), il segnale che ci raggiunge è molto debole e non sono stati rilevati fino al 2015 (una scoperta storica che a prodotto un premio Nobel).
In quell’anno cruciale per l’astrofisica, i rivelatori di onde gravitazionali LIGO (Stati Uniti) e Virgo (Europa) rivoluzionarono il modo di vedere l’universo: registrarono un segnale della durata di meno di un secondo dalla collisione tra due buchi neri (di massa dieci volte maggiore di quella del Sole).
Quando un’onda gravitazionale attraversa la Terra, lo spazio viene allungato e compresso, deformando leggermente i bracci dei rivelatori (lunghi 4 chilometri).
Questi osservatori utilizzano laser, specchi e strumenti estremamente sensibili che rilevano questi minuscoli cambiamenti nella lunghezza del braccio (fino a un decimillesimo della dimensione di un protone).
Fino al 2015, gli oggetti nel cosmo venivano studiati in base alla radiazione elettromagnetica che emettevano, in luce visibile, infrarossa o onde radio, tra le altre componenti dello spettro elettromagnetico. Da allora non solo siamo riusciti a vederle (onde elettromagnetiche) ma anche ad ascoltare le stelle, grazie alla rilevazione delle onde gravitazionali.
Un momento magico
La scienziata Maura McLaughlin (della rete statunitense Pulsar Search Collaboratory), ha definito la nuova scoperta un “momento magico“.
Sebbene la comunità scientifica fosse già a conoscenza di specifici segnali di onde gravitazionali (come quelli rilevati da LIGO e Virgo), questa è ora la prima volta che viene registrato un fondo cosmico di onde gravitazionali: una sorta di sussurro proveniente da tutte le direzioni e associato con gli eventi più energetici dell’universo.
La rete di radiotelescopi provenienti da Europa, Nord America, India, Australia e Cina del consorzio International Pulsar Timing Array (IPTA) ha studiato per 15 anni le frequenze di ticchettio di 67 pulsar sparse nella nostra galassia e ha trovato lievi variazioni nella cadenza dei loro movimenti impulsi radio.
Il consorzio ha dimostrato che le minuscole variazioni temporali riscontrate in questi orologi cosmici (fino a un miliardesimo di secondo in 20 anni) sono dovute al passaggio di onde gravitazionali a bassa frequenza (e lunghezze d’onda di anni luce). Questi distorcono lo spazio tra la Terra e le pulsar stesse. Di conseguenza, gli impulsi radio arrivano agli osservatori a terra prima o dopo il previsto.
Ma la cosa più sorprendente è che questi ritardi (o anticipi) temporanei sono correlati, cioè c’è un disturbo comune a tutte le pulsar che provoca questo fenomeno: il fondo cosmico delle onde gravitazionali.
L’importanza di questa nuova scoperta
Questa nuova scoperta potrebbe gettare le basi per rispondere alle domande sul destino dei buchi neri supermassicci (immaginati in M87 o Sagittarius A*) e sulla frequenza delle fusioni tra galassie.
Per ora questo team internazionale è riuscito a misurare il fondo generale delle onde gravitazionali, ma non riesce a distinguere una ad una le sorgenti che lo compongono. Come spiega la NASA , “rilevare il rumore di fondo delle onde gravitazionali è simile all’ascoltare il ronzio di un folto gruppo di persone che parlano a una festa, ma senza distinguere alcuna voce in particolare”.
Speriamo che in un futuro non troppo lontano riusciremo a distinguere ognuna di queste voci dall’universo più primitivo e violento (chissà se gli echi del Big Bang). Nel frattempo, godiamoci questa nuova scoperta, un vero momento magico sotto forma di sussurro cosmico.
Autore
Óscar del Barcco Novillo, Università di Saragozza
