Per la prima volta, gli astronomi hanno sentito il ronzio di fondo dell'universo

Sulla base di ciò che sappiamo sulle onde gravitazionali, l'universo dovrebbe esserne pieno. Ogni coppia di buchi neri o stelle di neutroni in collisione, ogni supernova che collassa dal nucleo, persino il Big Bang stesso, avrebbe dovuto causare increspature che risuonano nello spaziotempo.

Nel tempo, queste onde si sono indebolite e sarà difficile trovarle, ma sono tutte previste come un "rombo" risonante che penetra nel nostro Universo, chiamato lo sfondo delle onde gravitazionali. E potremmo aver appena colto il primo indizio di questo.

Puoi pensare allo sfondo delle onde gravitazionali come a qualcosa di simile al ronzio lasciato dopo enormi eventi nel corso della storia del nostro universo, potenzialmente inestimabile per la nostra comprensione dello spazio, ma incredibilmente difficile da rilevare.

È incredibilmente interessante vedere un segnale così forte ", ha detto l'astrofisico Joseph Simon dell'Università del Colorado a Boulder e un dipendente di NANOGrav.

Tuttavia, poiché il segnale dell'onda gravitazionale che stiamo cercando copre l'intera durata delle nostre osservazioni, dobbiamo escludere attentamente il rumore. Questo ci lascia in una posizione molto interessante in cui possiamo escludere completamente alcune sorgenti di rumore note, ma non possiamo ancora dire se il segnale proviene effettivamente da onde gravitazionali. Per questo abbiamo bisogno di più dati.

Tuttavia, la comunità scientifica è felicissima. Da quando il preprint del team è stato pubblicato su arXiv lo scorso settembre, ci sono stati oltre 80 articoli che citano questo studio.

I team internazionali hanno lavorato duramente analizzando i dati per cercare di smentire o confermare i risultati degli scienziati. Se il segnale si rivelasse reale, potrebbe aprire una fase completamente nuova nell'astronomia delle onde gravitazionali o aprire per noi fenomeni astrofisici completamente nuovi.

Il segnale proviene dalle osservazioni di una stella morta chiamata pulsar. Queste sono stelle di neutroni orientate in modo tale da emettere onde radio dai loro poli, ruotando a velocità di millisecondi.

Questi bagliori sono incredibilmente precisi nei tempi, il che significa che le pulsar sono probabilmente le stelle più utili nell'universo. I cambiamenti nelle loro pulsazioni possono essere usati per la navigazione, per esplorare il mezzo interstellare e studiare la gravità. E dalla scoperta delle onde gravitazionali, gli astronomi le hanno cercate.

Questo perché le onde gravitazionali deformano lo spaziotempo mentre lo attraversano, il che dovrebbe teoricamente cambiare - un po '- il tempo degli impulsi radio emessi dalle pulsar.

Lo sfondo [dell'onda gravitazionale] si estende e si contrae nello spaziotempo tra le pulsar e la Terra, provocando l'arrivo dei segnali della pulsar un po 'più tardi (allungamento) o prima (collasso) di quanto sarebbe accaduto se non ci fossero onde gravitazionali - Astrofisico Ryan Shannon dalla Swinburne University of Technology.

Una pulsar con un battito irregolare non significa necessariamente molto. Ma se un intero gruppo di pulsar mostrava un modello correlato di variazione del tempo, ciò potrebbe indicare uno sfondo di onde gravitazionali.

Questo set di pulsar è noto come Pulsar Temporal Array, ed è ciò che ha osservato il team di NANOGrav: 45 delle pulsar in millisecondi più stabili della Via Lattea.

Non hanno trovato un segnale per confermare lo sfondo delle onde gravitazionali.

Ma hanno trovato qualcosa: un segnale di "rumore normale" che Shannon ha spiegato varia da pulsar a pulsar, ma mostra le stesse caratteristiche ogni volta. Queste deviazioni hanno portato a variazioni di diverse centinaia di nanosecondi nel periodo di osservazione di 13 anni, ha osservato Simon.

Ci sono altre cose che possono attivare questo segnale. Ad esempio, un array di sincronizzazione di pulsar deve essere analizzato da un sistema di riferimento che non sta accelerando, il che significa che qualsiasi dato deve essere trasferito al centro del sistema solare, noto come baricentro, e non alla Terra.

Se il baricentro è calcolato in modo impreciso, e questo è più difficile di quanto sembri, poiché è il centro di massa di tutti gli oggetti in movimento nel sistema solare, potresti ricevere un falso segnale. L'anno scorso, il team di NANOGrav ha annunciato di aver calcolato il baricentro del sistema solare entro 100 metri.

C'è ancora la possibilità che questa discrepanza possa essere la fonte del segnale che hanno rilevato e che è necessario fare di più per correggerla.

Perché se il segnale proviene effettivamente da un'onda gravitazionale risonante ronzante, sarebbe un problema enorme, poiché i buchi neri supermassicci (SMBH) sono probabilmente la fonte di queste onde gravitazionali di fondo.

Poiché le onde gravitazionali ci mostrano fenomeni che non possiamo rilevare elettromagneticamente, come le collisioni di buchi neri, potrebbero aiutare a risolvere misteri come l'ultimo problema del parsec, che suggerisce che i buchi neri supermassicci non possono fondersi e aiutarci a comprendere meglio l'evoluzione galattica. e crescita.

In futuro, potremmo persino essere in grado di rilevare le onde gravitazionali che sono sorte immediatamente dopo il Big Bang, il che ci darà una finestra unica sull'universo primordiale.

Per essere chiari, c'è molto lavoro scientifico da fare prima di arrivare a questo punto.

Questo è un possibile primo passo verso il rilevamento delle onde gravitazionali nanohertz, ha detto Shannon. Vorrei avvertire il pubblico e gli scienziati di non sopravvalutare i risultati. Penso che nei prossimi uno o due anni ci saranno prove della natura del segnale.

Altri team stanno anche lavorando sull'utilizzo di array di sincronizzazione delle pulsar per rilevare le onde gravitazionali. OzGrav fa parte del Parkes Pulsar Timing Array, che presto rilascerà un'analisi dei suoi dataset di 14 anni.

La ricerca del gruppo è pubblicata su The Astrophysical Journal Letters.