Cosa sono le onde gravitazionali?
Le onde gravitazionali sono cambiamenti nel campo gravitazionale che si propagano
Onda gravitazionale polarizzata
Nella teoria generale della relatività, così come inLa maggior parte degli altri moderni indicano che le onde gravitazionali appaiono dal movimento di corpi massicci con accelerazione variabile. Le onde gravitazionali si propagano liberamente nello spazio alla velocità della luce. Sono di dimensioni molto piccole e difficili da registrare.
Furono scoperte per prime le onde gravitazionalinel settembre 2015, due rilevatori gemelli dell'osservatorio LIGO, che hanno rilevato onde gravitazionali probabilmente risultanti dalla fusione di due buchi neri e dalla formazione di un altro buco nero rotante massiccio.
Qualsiasi stella doppia mentre i suoi componenti ruotanoattorno a un centro di massa comune perde energia (come si presume - a causa della radiazione delle onde gravitazionali) e alla fine si fonde insieme. Ma per le stelle doppie ordinarie, non compatte, questo processo richiede molto tempo, molto più lungo dell’età attuale dell’Universo.
Se il doppio sistema compatto è composto dacoppie di stelle di neutroni, buchi neri o una combinazione di entrambi, la fusione può avvenire in pochi milioni di anni. All'inizio, gli oggetti si avvicinano l'un l'altro e il loro periodo orbitale diminuisce. Quindi, nella fase finale, si verifica una collisione e un collasso gravitazionale asimmetrico. Questo processo dura una frazione di secondo e durante questo periodo l'energia viene rilasciata nella radiazione gravitazionale, che, secondo alcune stime, è più del 50% della massa del sistema.
Come si trovano le onde gravitazionali?
È abbastanza difficile rilevare le onde gravitazionali a causa della loro debolezza. I dispositivi per la loro registrazione sono rilevatori di onde gravitazionali. I tentativi di rilevamento sono stati fatti dalla fine degli anni '60.
Onde gravitazionali di ampiezza rilevabilenascono durante il collasso di una doppia pulsar. Eventi simili si verificano nelle vicinanze della nostra galassia circa una volta ogni dieci anni. Le fonti più forti e frequenti di onde gravitazionali per telescopi e antenne gravitazionali sono le catastrofi associate al collasso dei sistemi binari nelle galassie vicine. Si prevede che nel prossimo futuro diversi eventi simili all'anno verranno registrati su rilevatori gravitazionali migliorati, distorcendo la metrica in prossimità della Terra di 10−21—10−23.
Due corpi che si muovono in orbite circolari attorno a un centro di massa comune
Nuovi modi per rilevare le onde gravitazionali
Nel 2017, gli scienziati che hanno condotto un esperimento sottoIl Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO), ha vinto il Premio Nobel per la Fisica per il primo rilevamento diretto in assoluto delle onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due buchi neri a circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra. Le onde generate da questa collisione hanno violato lo sfondo delle onde gravitazionali dell'Universo e hanno raggiunto la Terra.
Oltre a tali forti disturbi una tantum,che gli astrofisici hanno già imparato a correggere, c'è un cosiddetto sfondo di onde gravitazionali - un flusso costante di radiazione gravitazionale, che, secondo la teoria, lava costantemente la Terra.
Un'altra opportunità per rilevare lo sfondodelle onde gravitazionali che riempiono l'Universo è una temporizzazione ad alta precisione di pulsar distanti - un'analisi del tempo di arrivo dei loro impulsi, che cambiano in modo caratteristico sotto l'azione delle onde gravitazionali che attraversano lo spazio tra la Terra e la pulsar.
A partire dal 2013, si stima che la precisione dei tempi siadeve essere innalzato di circa un ordine di grandezza per poter rilevare le onde di fondo provenienti da molte fonti nel nostro Universo, e questo compito può essere risolto entro la fine del decennio. Ma il passaggio di un’onda gravitazionale dovrebbe modificare leggermente, di pochi nanosecondi, il momento in cui vengono registrati questi brillamenti. Pertanto, seguendo accuratamente i tempi delle pulsar distanti, è teoricamente possibile rilevare il fondo delle onde gravitazionali della galassia. Ciò è confermato dai risultati preliminari del progetto NANOGrav.
Quali nuove onde gravitazionali hanno scoperto gli scienziati?
Gli scienziati hanno affermato di essere stati in grado di rilevare segni di costante radiazione gravitazionale che attraversa l'Universo e distorce il tessuto dello spazio-tempo.
Abbiamo trovato un segnale forte nel nostro set di dati. Non possiamo ancora dire che si tratti di onde gravitazionali di fondo, ma il nostro obiettivo si sta avvicinando.
Joseph Simon, astrofisico e autore principale dell'articolo
Secondo gli autori, nessun altro osservatorioin grado di rilevare le onde gravitazionali di fondo, perché si concentrano sulla ricerca di eventi unici della durata di diversi secondi. Come parte dell'esperimento, gli scienziati hanno monitorato 45 pulsar per diversi anni e hanno già trovato segni di lievi cambiamenti nella loro frequenza. Le pulsar possono essere paragonate ai fari galattici che sono costantemente nello stesso posto.
Cerchiamo onde che durino anni o decenni.Secondo la teoria, le fusioni galattiche e altri eventi cosmologici causano un’esplosione costante di enormi onde gravitazionali. Ci vogliono anni o anche di più perché un’onda del genere passi vicino alla Terra. Per questo motivo, nessun altro esperimento esistente può rilevarli direttamente.
Joseph Simon, astrofisico e autore principale dell'articolo
Le onde gravitazionali che passano cambianoun modello stabile di luce che emana dalle pulsar, aumentando o contraendo le distanze relative che questi raggi percorrono attraverso lo spazio. In altre parole, gli scienziati possono teoricamente rilevare lo sfondo delle onde gravitazionali monitorando i cambiamenti correlati nel tempo di arrivo della radiazione pulsar sulla Terra.
Cosa stanno facendo queste onde gravitazionali?
Cambiano le onde gravitazionali che passanouno schema stabile di luce emanato dalle pulsar, che aumenta o comprime le distanze relative che questi raggi percorrono attraverso lo spazio. In altre parole, gli scienziati potrebbero teoricamente rilevare il fondo delle onde gravitazionali monitorando i cambiamenti correlati nei tempi di arrivo della radiazione pulsar sulla Terra. Tuttavia, ciò non è sufficiente per trarre conclusioni definitive. Pertanto, gli astronomi hanno annunciato l'intenzione di creare IPTA, una rete di strumenti che consentirà di rilevare tali deviazioni per un gran numero di pulsar.
Verrà effettuata la rilevazione del fondo delle onde gravitazionaliun grande passo avanti, ma solo un primo passo. La fase successiva sarà la scoperta delle loro fonti e poi tutto ciò che di nuovo possono dirci sull'Universo.
Joseph Simon, astrofisico e autore principale dell'articolo
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