Le onde gravitazionali lasciano una impronta permanente visibile nello spazio

Le onde gravitazionali, rilevate per la prima volta nel 2016, offrono una nuova finestra sull'universo, e promettono di raccontarci tutto da immediatamente dopo il Big Bang fino agli eventi più recenti accaduti nei nuclei galattici.

Una nuova ricerca dimostra che le onde gravitazionali lasciano dietro di sé un sacco di “impronte” che potrebbero aiutare a rilevarle anche dopo il loro passaggio.

             Immagine artistica di una coppia di buchi neri rotanti

Mentre LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) lavora 24 ore su 24 per rilevare le onde gravitazionali che passano attraverso la Terra, una nuova ricerca mostra che quelle onde lasciano dietro di sé molte “impronte”, memorie che potrebbero aiutarci a rilevarle anche dopo che sono passate.

“Che le onde gravitazionali possano mutare permanentemente un rivelatore dopo che lo hanno attraversato è una delle piuttosto insolite predizioni della relatività generale”, ha detto Alexander Grant, candidato dottorando e autore principale dell’articolo “Quadro generale sugli osservabili persistenti delle onde gravitazionali”, pubblicato il 26aprile in Physical Review.

Le “memorie” dello spazio tempo

I fisici sanno da tempo che le onde gravitazionali lasciano una “memoria” sulle particelle che attraversano lungo il loro percorso e hanno identificato cinque di queste “memorie”. I ricercatori hanno ora trovato altri tre effetti del passaggio di un’onda gravitazionale, ” osservabili persistenti delle onde gravitazionali” che un giorno potrebbero aiutare a identificare le onde che attraversano l’universo.

Ogni nuovo osservabile, ha affermato Grant, fornisce diversi modi per confermare la teoria della relatività generale e offre una visione delle proprietà intrinseche delle onde gravitazionali.
Queste proprietà, dicono i ricercatori, potrebbero aiutare a estrarre informazioni dalla radiazione cosmica di fondo a microonde – CMBR, la radiazione fossile del Big Bang.

“Non avevamo previsto la ricchezza e la varietà di ciò che si poteva osservare”, ha detto Eanna Flanagan, professore di fisica e astronomia alla Cornell University.
“Ciò che è stato sorprendente per me in questa ricerca è il modo in cui idee diverse a volte erano inaspettatamente correlate”, ha affermato Grant. “Abbiamo preso in considerazione una grande varietà di differenti osservabili e abbiamo scoperto che spesso, per conoscerne uno, era necessario avere una comprensione dell’altro”.

Gli “osservabili”

I ricercatori hanno identificato tre osservabili che mostrano gli effetti delle onde gravitazionali in una regione piatta nello spaziotempo che sperimenta una raffica di onde gravitazionali, dopo di che ritorna ad essere una regione piatta.

Il primo osservabile, la “deviazione di curva”, è definito dalla differenza di tasso di separazione tra due osservatori che si separano l’uno dall’altro in moto accelerato, rispetto a come gli stessi osservatori con le medesime accelerazioni si separerebbero l’uno dall’altro in uno spazio piatto non disturbato da un’onda gravitazionale.

Il secondo osservabile, definito “olonomia”, si ottiene trasportando le informazioni sul momento lineare e angolare di una particella lungo due diverse curve attraversate dalle le onde gravitazionali e confrontando i due diversi risultati.

In pratica, si studiano due sezioni geometriche di spazio e le loro proprietà di influenzare una particella, e si confronta come si comporterebbero in uno spazio piatto ed in uno spazio attraversato da onde gravitazionali.

Il terzo osservabile studia come le onde gravitazionali influenzano lo spostamento relativo di due particelle quando una delle particelle ha uno spin intrinseco (proprio).

In pratica, si confrontano le proprietà di una particella in “rotazione” (lo spin è una proprietà fisica quantistica) prima e dopo il passaggio di un’onda gravitazionale.

Possiamo già “vedere” alcuni “osservabili”

Ciascuno di questi osservabili è definito dai ricercatori in un modo che può essere misurato da un rilevatore. Le procedure di rilevamento per la deviazione di curva e dello spin particellare sono “relativamente semplici da eseguire”, scrivono i ricercatori, richiedendo solo “un mezzo per misurare la separazione e per gli osservatori di tenere traccia delle loro rispettive accelerazioni”.

Rilevare l’osservabile dell’olonomia sarebbe più difficile, hanno scritto, “richiedendo a due osservatori di misurare la curvatura locale dello spaziotempo (potenzialmente portando in giro piccoli rilevatori di onde gravitazionali).” Data la dimensione necessaria a LIGO per rilevare anche una sola onda gravitazionale, la capacità di rilevare osservabili di olonomia è al di là della portata della scienza attuale, dicono i ricercatori.

“Ma abbiamo già visto molte cose eccitanti con le onde gravitazionali, e vedremo molto di più. E’ anche in progetto un rilevatore di onde gravitazionali posizionato nello spazio, sensibile a fonti differenti rispetto a LIGO”, ha detto Flanagan.

Hanno contribuito anche Abraham Harte, Dublin City University, Irlanda; e David Nichols, Università di Amsterdam, Paesi Bassi.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation e dall’Organizzazione olandese per la ricerca scientifica.

 

Articoli di rifermento QUI e QUI.

Preprint pubblicato su atXiv QUI.

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3 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. @Red Hanuman non trovi sconvolgente che a distanza di più di cento anni si continuino a trovare conferme alla Relatività Generale? Bisognerebbe inventare il Nobel postumo. Ti faccio ridere: ho avuto il dubbio tra osservatori persone e osservatori edifici! Ho chiarito guardando l'articolo in inglese.

  2. Caro @Gaetano M., quello che mi stupisce è che, praticamente ogni giorno, si dimostra che la RG è valida, ma nel contempo non si riesce a legarla alla meccanica quantistica.
    Abbiamo due teorie che ogni giorno si dimostrano esatte, e tuttavia sono in contrasto l'una con l'altra.
    Il mistero che sta dietro a tutto questo è veramente eccitante. La fisica che risolverà l'enigma sarà esplosiva, e ci darà prospettive e possibilità inimmaginabili.
    Non vedo l'ora...