Un "ronzio" di fondo pervade l'universo. Gli scienziati stanno correndo per trovarne la fonte

Aug 04, 2023

Gli astronomi stanno ora cercando di individuare le origini di una nuova entusiasmante forma di onde gravitazionali annunciata all’inizio di quest’anno

A giugno è iniziata una nuova era per l’astronomia con l’apparente scoperta delle onde gravitazionali a bassa frequenza, il ronzio ambientale delle increspature dello spaziotempo che pervadono l’universo. Questo annuncio è arrivato da un’enorme collaborazione di ricercatori di tutto il mondo. Gruppi negli Stati Uniti, in Europa, India, Australia e Cina stanno lavorando ciascuno ai propri esperimenti simili e stanno mettendo insieme i propri dati per migliorare il risultato. Con le prove di queste onde gravitazionali mai viste prima ora saldamente in mano, tutti questi team disparati stanno ora raccogliendo febbrilmente più dati per un obiettivo più grande: capire esattamente da dove proviene realmente questo ronzio di sottofondo. Molti esperti sospettano che il ronzio emerga principalmente da coppie di buchi neri supermassicci che si muovono a spirale nel graduale processo di fusione, ma potrebbe invece provenire da fonti ancora più strane che potrebbero rappresentare nuovi entusiasmanti rami della fisica. "Siamo proprio all'inizio del campo", afferma Chiara Mingarelli dell'Università di Yale, parte della collaborazione guidata dagli Stati Uniti, NANOGrav.

L'annuncio è arrivato il 28 giugno da NANOGrav e dagli altri cosiddetti pulsar timing arrays (PTA), che utilizzano radiotelescopi per tracciare l'orario preciso di arrivo dei lampi regolari delle pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione lasciate dopo le supernove. Utilizzando dozzine di pulsar e monitorando i tempi di arrivo degli impulsi con precisione su scala nanosecondo su scale temporali decennali, possono discernere le onde gravitazionali di fondo che passano attraverso il nostro sistema solare. Tali onde restringono o espandono leggermente lo spazio intermedio tra il nostro pianeta e le pulsar bersaglio, creando offset rivelatori nei tempi di arrivo degli impulsi. Lo sorprendente risultato segue un’epoca precedente di scoperte iniziata nel 2015, quando il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) rilevò per la prima volta onde gravitazionali prodotte dalla collisione di buchi neri di massa stellare e stelle di neutroni. LIGO, la sua controparte europea Virgo e strutture simili continuano oggi la loro caccia a queste onde gravitazionali a frequenza più elevata.

La prova di un ronzio di fondo delle onde gravitazionali a bassa frequenza proviene da un totale di 115 pulsar che sono state osservate nel corso di molti anni da più team. Ora sono in corso sforzi per combinare tutti questi dati sulla tempistica delle pulsar in un unico set di dati come parte dell’International Pulsar Timing Array (IPTA), che migliorerà la sensibilità complessiva del set di dati. "Ci stiamo lavorando insieme", dice Mingarelli. "Abbiamo un rappresentante di ciascuna PTA [che lavora] per iniziare a combinare i dati." Questo sforzo collettivo è in corso già da due anni e si prevede che risultati più definitivi verranno visualizzati entro la fine del 2023 o nel 2024. "Si tratterà del set di dati sull'array di temporizzazione delle pulsar più sensibile che sia mai stato messo insieme." dice Nihan Pol della Vanderbilt University.

Il coinvolgimento ambivalente della Cina nell’adesione agli sforzi dell’IPTA sta in qualche modo complicando le cose. "Non fanno parte dell'accordo per questo rilascio di dati", afferma Scott Ransom del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Virginia. “Nei prossimi mesi potrebbero dire che vogliono comportarsi bene con il resto della comunità, oppure potrebbero continuare ad andare avanti per conto proprio. Semplicemente non lo sappiamo. Il team cinese Pulsar Timing Array è in una posizione invidiabile perché ha accesso illimitato all'enorme radiotelescopio sferico ad apertura di cinquecento metri (FAST) nella regione sud-occidentale della nazione. FAST è molto più sensibile di qualsiasi radiotelescopio attualmente esistente e due volte più potente del telescopio di Arecibo a Porto Rico, crollato nel 2020. "[FAST] è decisamente migliore di quasi ogni altro [radio]telescopio al mondo", Ransom dice. "È incredibile per le pulsar, punto." Ad esempio, anche se il PTA cinese ha trascorso solo tre anni a cronometrare le pulsar con FAST, è stato comunque in grado di trovare indizi simili di onde gravitazionali a bassa frequenza che NANOGrav ha impiegato 15 anni per scoprire. I membri del team PTA cinese non hanno risposto alle richieste di commento di Scientific American.