Domenico Ascione
Lo spazio-tempo inizia ad avere delle falle: dei buchi neri giganteschi rilasciano un’energia tale da cambiare la nostra realtà
“Il metaverso è un concetto di cui sappiamo spaventosamente poco”. Ciò che la Marvel ci ha spiegato potrebbe non essere soltanto frutto di sceneggiatori e fumettisti. Possono realtà diverse collassare l’una sull’altra? Lo spazio-tempo può essere piegato o stravolto? A quanto pare, la risposta potrebbe essere sorprendente.
Lo spazio-tempo è in pericolo
No, non sta arrivando Thanos.
Ma astronomi e astrofisici hanno annunciato dati che suggeriscono fortemente la presenza di un movimento di onde gravitazionali: un mormorio costante di increspature a bassa frequenza nello spazio-tempo che proviene da alcuni degli oggetti più esotici dell’universo, i buchi neri.
La scoperta è una conferma dei precedenti suggerimenti, ricavati dai dati di cronometraggio delle pulsar, secondo cui un segnale a bassa frequenza proveniente dalle sorgenti con maggiore forza gravitazionale dell’universo – molto probabilmente buchi neri supermassicci destinati a collidere – permea il cosmo.
Le nuove scoperte sono state effettuate dal Chinese Pulsar Timing Array (CPTA), dall’European Pulsar Timing Array (EPTA), dall’Indian Pulsar Timing Array (InPTA), dal Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) e dal North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).
Il candidato principale per le sorgenti delle onde gravitazionali di fondo sono le binarie di buchi neri supermassicci, o coppie di questi oggetti ridicolmente massicci che orbitano l’uno intorno all’altro nel corso di centinaia di milioni di anni, finendo per coalizzarsi in uno degli eventi più estremi dell’universo. Benché previste, nessuna binaria di buchi neri supermassicci è mai stata confermata dall’osservazione.
Cosa sono queste onde?
Le onde gravitazionali sono state previste per la prima volta da Einstein nella sua teoria della relatività generale. Come descritto da Einstein, le onde sono modifiche al campo gravitazionale che viaggiano alla velocità della luce. Quando i buchi neri orbitano o si scontrano tra loro, o con altri oggetti molto densi come le stelle di neutroni, le onde gravitazionali sono prodotte dall’interazione.
Le onde gravitazionali sono state rilevate per la prima volta nel 2015, un secolo dopo che Einstein le aveva previste, dal Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (o LIGO, ora parte della LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration). LIGO ha rilevato le increspature dello spazio utilizzando misure molto precise della distanza tra gli specchi nei tunnel sotterranei di Washington e della Louisiana.
Quando le onde gravitazionali attraversano la Terra, cambiano leggermente le distanze tra gli specchi di LIGO, misurate con la luce laser, indicando che lo spaziotempo stesso si è schiacciato o allungato.
Si può pensare alle onde gravitazionali di LIGO come a grandi mareggiate nell’oceano cosmico; per portare avanti l’analogia, le costanti ondulazioni sottili e dinamiche di quell’oceano equivalgono allo sfondo delle onde gravitazionali.
Studiosi uniti
I risultati sono stati pubblicati in cinque diverse ricerche. NANOGrav e un lavoro che esplora come potrebbe apparire la nuova fisica nei dati del team. I risultati del CPTA sono stati pubblicati su Research in Astronomy and Astrophysics, mentre quelli del PPTA sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters e saranno pubblicati su Publications of the Astronomical Society of Australia.
La distribuzione del segnale rivelerebbe i punti caldi del fondo, o le regioni in cui le sorgenti di fondo delle onde gravitazionali sono particolarmente rumorose. Ciò potrebbe essere dovuto alla loro massa o alla loro vicinanza ai rilevatori umani.
Cinguettii nello spazio
Man mano che le binarie di buchi neri supermassicci si avvicinano, il loro segnale sinusoidale di onde gravitazionali diventa più un “cinguettio” a cui le matrici di temporizzazione delle pulsar non sono sensibili.
Per vedere i “cinguettii” dei buchi neri supermassicci sul punto di coalizzarsi, gli astronomi avranno bisogno dell’Antenna Spaziale Interferometrica Laser, o LISA. LISA è una missione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) che consisterà in tre veicoli spaziali che orbitano l’uno intorno all’altro in modo kubrickiano, formando un triangolo nello spazio con lati di 1,5 milioni di miglia (2,41 milioni di chilometri).
LISA rileva le onde gravitazionali nello stesso modo di LIGO, ma su una scala molto più massiccia. I bracci di LIGO sono lunghi 4 chilometri (2,5 miglia), una lunghezza davvero microscopica rispetto al previsto osservatorio spaziale per le onde gravitazionali.
Oltre a LISA, il terzo rilascio di dati dell’IPTA darà sicuramente risultati entusiasmanti che consolideranno le scoperte di ciascuno degli array di cronometraggio delle pulsar in funzione in tutto il mondo.
I nuovi dati risolvono la crescente probabilità di un fondo di onde gravitazionali, ma sollevano anche nuove domande.
Brontolii che raccontano la nostra storia
Individuare il fondo delle onde gravitazionali potrebbe fornire agli astrofisici indizi sull’evoluzione dei buchi neri supermassicci; nell’universo si osservano pochi buchi neri di massa intermedia, il che rende difficile per gli scienziati capire come nascano masse miliardi di volte superiori a quella del nostro Sole. I buchi neri supermassicci potrebbero essere stati onnipresenti anche nell’universo primordiale, il che fa sorgere dubbi sulla velocità di crescita di questi oggetti.
Che le binarie di buchi neri supermassicci siano le uniche responsabili dell’apparente fondo di onde gravitazionali – o che non lo siano affatto, al posto della nuova fisica – ulteriori dati sono destinati a scuotere il cosmo.