Studiare le onde gravitazionali per guardare l’inizio dell’universo

Gli scienziati oggi riescono utilizzare le increspature nello spazio-tempo note come onde gravitazionali per guardare indietro all’inizio di tutto ciò che sappiamo. I ricercatori affermano di poter comprendere meglio lo stato del cosmo subito dopo il Big Bang imparando come le onde gravitazionali fluiscono attraverso i pianeti e il gas tra le galassie.

“Non possiamo vedere direttamente l’universo primordiale, ma forse possiamo vederlo indirettamente se guardiamo a come le onde gravitazionali di quel periodo hanno influenzato la materia e le radiazioni che possiamo osservare oggi“, ha affermato Deepen Garg, autore principale di un articolo che riporta i risultati nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Garg è uno studente laureato nel Princeton Program in Plasma Physics, che ha sede presso il Princeton Plasma Physics Laboratory ( PPPL ) del Department of Energy degli Stati Uniti (DOE ).

Garg e il suo consigliere Ilya Dodin, che è affiliato sia alla Princeton University che al PPPL, hanno adattato questa tecnica dalla loro ricerca sull’energia di fusione, il processo che alimenta il Sole e le stelle che gli scienziati stanno sviluppando per creare elettricità sulla Terra senza emettere gas serra o produrre scorie radioattive. Gli scienziati della fusione calcolano come le onde elettromagnetiche si muovono attraverso il plasma, il brodo di elettroni e nuclei atomici che alimenta le strutture di fusione note come tokamak e stellarator.

Si è scoperto che questo processo assomiglia al movimento delle onde gravitazionali attraverso la materia. “Fondamentalmente mettiamo i macchinari delle onde al plasma per lavorare su un problema di onde gravitazionali“, ha spiegato Garg.

Le onde gravitazionali, previste da Albert Einstein nel 1916 come conseguenza della sua teoria della relatività, sono perturbazioni nello spazio-tempo causate dal movimento di oggetti molto densi. Viaggiano alla velocità della luce e sono state rilevate per la prima volta nel 2015 dal Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO).

Garg e Dodin hanno creato formule che potrebbero teoricamente portare le onde gravitazionali a rivelare proprietà nascoste di corpi celesti come stelle distanti molti anni luce. Quando le onde attraversano la materia, creano luce le cui caratteristiche dipendono dalla densità della materia.

Un fisico potrebbe analizzare quella luce e scoprire le proprietà di una stella lontana milioni di anni luce. Questa tecnica potrebbe anche portare a scoperte sulla collisione di stelle di neutroni e buchi neri. Potrebbero persino potenzialmente rivelare informazioni su ciò che è accaduto durante il Big Bang e i primi momenti del nostro universo.

La ricerca è iniziata senza alcuna idea di quanto potesse diventare importante. “Ho pensato che questo sarebbe stato un piccolo progetto di sei mesi per uno studente laureato che avrebbe comportato la risoluzione di qualcosa di semplice“, ha detto Dodin. “Ma una volta che abbiamo iniziato a scavare più a fondo nell’argomento, ci siamo resi conto che si capiva molto poco sul problema e che avremmo potuto svolgere un lavoro teorico di base“.

I due ricercatori hanno ora in programma di utilizzare la tecnica per analizzare i dati nel prossimo futuro. “Ora abbiamo alcune formule, ma ottenere risultati significativi richiederà più lavoro“, ha detto Garg.

Riferimento: “Gravitational wave modes in matter” di Deepen Garg e IY Dodin, 10 agosto 2022, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .
DOI: 10.1088/1475-7516/2022/08/017