I rivelatori di onde gravitazionali e la nuova fisica

I rivelatori di onde gravitazionali potrebbero scoprire degli oggetti molto strani nascosti nelle profondità dell’universo. Oggetti stravaganti simili a buchi neri in grado di ridefinire la fisica come la conosciamo. Un nuovo studio rivela che, nei prossimi anni.

I rivelatori di onde gravitazionali terrestri potrebbero trovare queste ipotetiche stranezze, definite dagli scienziati “oggetti compatti esotici”.

Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory o LIGO negli Stati Uniti e la sua controparte in Europa Virgo, sono stati realizzati per registrare le tenui increspature nel tessuto dello spazio-tempo prodotte da oggetti massicci come buchi neri e stelle di neutroni che entrano in collisione producendo onde gravitazionali.

Eppure c’è sempre la possibilità che gli scienziati possano imbattersi in qualcosa di diverso e inatteso, per questo Luís Longo, dottorando in fisica all’Universidade Federal do ABC di San Paolo, in Brasile ha sostanzialmente affermato che non possiamo essere così ingenui da presumere di sapere tutto ciò che esiste nell’universo.

Da diversi anni si specula fortemente sulla possibile esistenza di oggetti compatti esotici cercando di determinare come sarebbero apparsi a un rilevatore di onde gravitazionali.

Il termine “oggetto compatto esotico” comprende diverse varietà di entità teoriche che potrebbero popolare il nostro universo sfuggendo alle attuali ricerche. Tra queste entità figurano le gravastar, simili a un normale buco nero ma piene di energia oscura, una sostanza misteriosa che sembra essere alla base dell’espansione accelerata dell’universo misurata alcuni anni or sono. 

Un altro oggetto compatto esotico che potrebbe celarsi nelle profondità dell’universo è un fuzzball, un nodo di stringhe unidimensionali fondamentali simile a un buco nero proposte nella teoria delle stringhe, una nuova teoria quantistica che cerca di riunire le attuali teorie accettate in fisica in un’unica teoria della gravità quantistica.

Gli oggetti esotici compatti a differenza di un buco nero, non dovrebbero possedere una regione nota come orizzonte degli eventi, ha spiegato Longo. Secondo la teoria della relatività di Albert Einstein, l’orizzonte degli eventi è una sfera che circonda un buco nero oltre il quale ogni viaggio diventa unidirezionale. 

Gli oggetti possono precipitare all’interno dell’orizzonte degli eventi ma non possono uscirne in quanto la velocità di fuga in tale luogo è sempre superiore alla velocità della luce, limite che la materia non può raggiungere.

Ma gli scienziati sanno che un giorno la teoria della relatività di Einstein dovrà essere sostituita. Sebbene la teoria abbia straordinariamente successo nel descrivere la gravità e le massicce entità cosmiche, non dice nulla sul comportamento delle particelle subatomiche. Per questo, i fisici si rivolgono alla meccanica quantistica.

I rivelatori di onde gravitazionali e la nuova teoria quantistica

La speranza è di arrivare in futuro a una teoria unificata della gravità quantistica che sostituisca sia la relatività che la meccanica quantistica. Oggetti esotici compatti, che simili a un buco nero ma privi di un orizzonte degli eventi, potrebbero dare ai fisici le informazioni necessarie per iniziare a costruire questa teoria. 

Prima di scontrarsi e fondersi in un unico oggetto, due buchi neri ruotano l’uno intorno all’altro deformando il tessuto dello spazio-tempo producendo onde che possono essere intercettate dai rivelatori di onde gravitazionali come LIGO e VIRGO. Una volta avvenuta la fusione l’orizzonte degli eventi dell’oggetto impedisce l’emissione di ulteriori onde gravitazionali.

Gli oggetti compatti esotici invece, essendo privi di orizzonte degli eventi potrebbero continuare ad emettere che i rivelatori di onde gravitazionali potrebbero registrare. Le onde colpirebbero lìoggetto per poi rimbalzare verso lo spazio interstellare rivelando molto sulla struttura stessa degli oggetti esotici.

Questi echi sono troppo deboli per essere registrati dai rivelatori di onde gravitazionali come LIGO e VIRGO, tuttavia le strutture sono attualmente in fase di aggiornamento per ottenere una maggiore sensibilità e sono state affiancate dal Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) in Giappone, che è diventato operativo nel 2020.

Longo e i suoi colleghi hanno calcolato che durante la prossima campagna di osservazione dei rivelatori di onde gravitazionali, che inizierà nell’estate del 2022, LIGO e gli altri strumenti on line potrebbero essere abbastanza sensibili da captare il segnale da uno o due oggetti compatti esotici, sempre che esistano. Longo presenterà i risultati ottenuti dalla sua squadra alla  riunione di aprile dell’American Physical Society.

Sono molti i ricercatori che aspettano di osservare gli oggetti esotici nel prossimo futuro. “In questo momento, sembra fantascienza”, ha detto Vitor Cardoso, fisico dell’Instituto Superior Técnico di Lisbona, in Portogallo (Cardoso non era coinvolto nel lavoro). 

Anche se LIGO avesse rilevato echi, ci sarebbe voluto ancora molto tempo prima che la comunità scientifica confermasse che stavano davvero indicando questi ipotetici oggetti esotici. Semmai questi oggetti venissero trovati, saremo di fronta alle porte di una nuova fisica che ci potrebbe aprire nuovi ed entusiasmanti orizzonti, non ci resta che tenere gli occhi sui rivelatori di onde gravitazionali e aspettare-

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