È stato creato un metodo per tracciare le prime onde gravitazionali dell'Universo
Subito dopo il Big Bang, sono comparse le prime onde gravitazionali. Queste prime fluttuazioni nel tessuto dello spaziotempo, risultanti dalle fluttuazioni quantistiche nella nuova zuppa di materia primordiale, furono rapidamente amplificate da processi inflazionistici che causarono una rapida espansione dell'universo.
Le onde gravitazionali originali, che hanno avuto origine quasi 13,8 miliardi di anni fa, stanno ancora echeggiando in tutto l'universo. Ma sono soffocati dal rumore delle onde gravitazionali causato da eventi recenti come la collisione di buchi neri e stelle di neutroni.
Ora, un team di ricercatori del MIT ha sviluppato un metodo per rilevare segnali di ondulazione primari molto deboli in base ai dati delle onde gravitazionali. I loro risultati sono pubblicati su Physical Review Letters.
Le onde gravitazionali vengono rilevate quasi quotidianamente da LIGO e da altri rilevatori di onde gravitazionali, ma i segnali gravitazionali primari sono ordini di grandezza più deboli di quelli che questi rilevatori possono rilevare. La prossima generazione di rilevatori dovrebbe essere abbastanza sensibile da catturare queste prime increspature.
Nel prossimo decennio, quando saranno disponibili strumenti più sensibili, il nuovo metodo potrà essere applicato per rilevare segnali nascosti dalle prime onde gravitazionali dell'universo. La struttura e le proprietà di queste onde primordiali potrebbero quindi fornire indizi sull'universo primordiale, come le condizioni che hanno portato all'inflazione.
Si ritiene che le onde gravitazionali primarie penetrino nell'Universo sotto forma di un ronzio costante diffuso, che, secondo i ricercatori, dovrebbe avere lo stesso aspetto e, quindi, essere correlato in due rilevatori qualsiasi.
Al contrario, il resto del rumore casuale ricevuto in un rilevatore deve essere specifico per quel rilevatore e non correlato con altri rilevatori. Ad esempio, il rumore generato dal traffico nelle vicinanze dovrebbe essere diverso a seconda della posizione del rilevatore specificato. Confrontando i dati in due rivelatori dopo aver preso in considerazione le sorgenti astrofisiche a seconda del modello, è possibile rivelare i parametri del fondo primario.
I ricercatori hanno testato il nuovo metodo simulando prima 400 secondi di dati di onde gravitazionali, che hanno sparso insieme a strutture ondulatorie che rappresentano fonti astrofisiche come la fusione di buchi neri. Hanno anche iniettato un segnale in tutti i dati, simile al ronzio costante dell'onda gravitazionale originale.
Hanno quindi diviso i dati in segmenti di quattro secondi e applicato il loro metodo a ciascun segmento per vedere se potevano identificare con precisione eventuali fusioni di buchi neri, nonché il modello d'onda che stavano iniettando. Dopo aver analizzato ogni segmento dei dati in molte esecuzioni di simulazione e in varie condizioni iniziali, hanno recuperato con successo lo sfondo incontaminato nascosto.
"Siamo stati in grado di adattare contemporaneamente sia il primo piano che lo sfondo, in modo che il segnale di fondo ricevuto non sia inquinato dal primo piano residuo", affermano gli scienziati.
Sperano che quando la prossima generazione di rilevatori sensibili sarà disponibile, la nuova tecnica possa essere utilizzata per correlare e analizzare i dati di due diversi rilevatori per filtrare il segnale primario. Quindi gli scienziati avranno l'opportunità di tracciare la storia dell'universo fin dai primi tempi.