Onde gravitazionali: e se provenissero dall’origine dell’Universo?

Un nuovo studio sulle onde gravitazionali percepite nel 2023 sta cercando di capirne le origini e di sfruttare al meglio le informazioni che saranno fornite dal Laser Interferometer Space Antenna (LISA), una rete europea composta da tre satelliti che verrà lanciata nel 2037

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Onde gravitazionali: e se provenissero dall'origine dell'Universo? LISA
Onde gravitazionali: e se provenissero dall'origine dell'Universo?

Gli scienziati stanno ancora cercando l’origine del debole e persistente ronzio delle onde gravitazionali scoperto nel 2023 che riverbera attraverso la Via Lattea: esse potrebbero custodire informazioni molto interessanti che riguardano le origini dell’Universo.

Onde gravitazionali

Onde gravitazionali: perché è importante capire da dove vengono generate

La squadra di studiosi del North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, o NANOGrav, ha ipotizzato che le onde gravitazionali siano state create dalla fusione di buchi neri supermassicci, ciascuno un miliardo di volte più massiccio del nostro Sole. Queste sono conosciute come coppie binarie. Se così fosse, la ricerca in corso aiuterebbe a stimare la posizione delle bestie cosmiche celesti, così come le loro masse.

Trovare una coppia binaria non escluderà l’origine cosmologica“, ha dichiarato Juan Urrutia dell’Istituto nazionale di fisica chimica e biofisica in Estonia e coautore dello studio. A tal fine, lui e i suoi colleghi hanno scoperto che, oltre all’ipotesi del buco nero orbitante, tre fonti cosmologiche proposte sembrano spiegare le informazioni relative allo studio sul ronzio delle onde gravitazionali.

Da quanto si evince da tali informazioni, è possibile che il segnale delle onde gravitazionali potrebbe essere un mix proveniente da diverse fonti: “Questo è un potenziale grosso problema perché molti segnali sono abbastanza simili“, ha continuato lo studioso.



I processi cosmologici ad alta energia che hanno avuto luogo nell’Universo primordiale includono “stringhe cosmiche“, “transizioni di fase” e “muri di dominio“. È importante sottolineare che si pensa che gli ultimi due si siano verificati poco dopo il Big Bang, ma prima che la radiazione residua del fenomeno si diffondesse nell’Universo.

Onde gravitazionali

Pertanto, se le nuove scoperte avessero successo e una delle fonti riguardasse quei muri di dominio, gli scienziati considererebbero che il segnale rilevato sarebbe in realtà il più vicino possibile all’origine dell’Universo stesso.

Inoltre, i processi cosmologici delineati dal nuovo studio potrebbero anche aiutare la ricerca in corso della materia oscura e dell’energia oscura, che insieme costituiscono il 95% dell’Universo ma rimangono invisibili agli occhi umani: “Mentre [i muri del dominio] si muovono e si evolvono, trasportano molta energia ed emettono onde gravitazionali “, ha spiegato Urrutia: “Ad un certo punto, però, decadono e ci si ritrova con “grumi” di materia oscura“.

La possibilità che il segnale rilevato possa provenire da pareti di domini è particolarmente interessante, poiché queste strutture complesse sono state originariamente indicate oltre 50 anni fa come un modo per spiegare perché l’Universo contenga molta più materia che antimateria.

A differenza della materia normale, o barionica, composta da protoni positivi ed elettroni negativi, l’antimateria è composta da protoni negativi ed elettroni positivi. Quello che è particolarmente strano quando si tratta di antimateria è che, poiché l’antimateria e la materia barionica sono presumibilmente completamente simmetriche, il Big Bang avrebbe dovuto avere una probabilità del 50/50 di produrle entrambe.

Questo significa che il nostro Universo, in teoria, dovrebbe essere composto da quantità uguali di entrambe,  ma non è così: la materia barionica domina totalmente il Cosmo.

D’altra parte, lo studio delle transizioni di fase consente agli scienziati di osservare molte delle varie fasi attraversate dall’Universo primordiale necessarie per produrre gli elettroni, i protoni e i neutroni barionici che conosciamo oggi.

Onde gravitazionali

Così come accade durante il processo dell’ebollizione dell’acqua, allo stesso modo le transizioni di fase cosmica sono state innescate dalla variazione delle temperature nell’Universo e le “bolle” hanno interagito tra loro per produrre onde sonore e onde gravitazionali, forse come quella rilevata nel 2023.

Poiché i segnali provenienti dalle diverse fonti sembrano essere simili, estrarli dalle onde gravitazionali rilevate non è un compito facile, ed è reso ancora più difficile dai limiti dei nostri telescopi. Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ( LIGO ), il nostro attuale miglior rilevatore di onde gravitazionali, è progettato per individuare onde ad alta frequenza.

Per individuare un numero maggiore di onde gravitazionali a bassa frequenza come quelle osservate di recente, gli scienziati si stanno attrezzando con il Laser Interferometer Space Antenna ( LISA ), una rete europea composta da tre satelliti che verrà lanciata nel 2037. Secondo una descrizione della NASA , LISA misurerebbe i cambiamenti in posizione “che sono inferiori al diametro di un nucleo di elio su una distanza di un milione di miglia”.

Un altro esperimento spaziale proposto nel 2020, l’Atomic Experiment for Dark Matter and Gravity Exploration, o AEDGE, potrebbe aiutare nella ricerca di onde gravitazionali con frequenze comprese tra quelle che possono essere intercettate da LISA e LIGO.

Affinché questi strumenti mantengano le loro promesse, è fondamentale che gli scienziati abbiano previsioni concrete su cosa cercare e come interpretare i dati: “C’è uno studio enorme da parte della comunità per ottenere tutti questi calcoli il più precisi possibile per quando questi esperimenti saranno pronti per il lancio“, ha concluso Urrutia.

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