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Rilevate insolite onde gravitazionali

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Un nuovo tipo di rivelatore di onde gravitazionali ha registrato due eventi insoliti che potrebbero essere buchi neri primordiali o materia oscura, secondo un recente studio pubblicato sulla rivista Physical Review Letters. La maggior parte dei rivelatori non è in grado di registrare onde gravitazionali ad alta frequenza e quelli nuovi sono diversi da quelli finora osservati.

Le onde gravitazionali ad alta frequenza potrebbero essere la chiave per rilevare la materia oscura

Le onde gravitazionali si verificano quando potenti forze creano increspature nel tessuto dello spazio-tempo, che Einstein aveva predetto più di un secolo fa, ma sono state osservate empiricamente solo di recente, nel 2015. A quel primo rilevamento sono seguiti altre dozzine, principalmente tramite LIGO e strutture simili in grado di identificare onde gravitazionali a frequenze comprese tra 7 kHz e 30 kHz.

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Le onde gravitazionali sono generate da eventi inconcepibilmente potenti, come quando una stella di neutroni si schianta contro un buco nero. Ma i fisici hanno anche pensato che queste increspature potessero propagarsi a frequenze oltre questo intervallo. Al momento della scrittura, due esperimenti sono alla ricerca di onde relativamente ad alta frequenza che potrebbero significare altri fenomeni nell’universo.

E, infine, la prima cache di dati ha rivelato due rilevamenti sospetti che potrebbero indicare buchi neri primordiali o addirittura un segno di materia oscura.

L’esperimento è gestito dall’ARC Center for Excellence for Dark Matter Particle Physics (CDM), oltre all‘Università dell’Australia occidentale, e impiega un tipo senza precedenti di rivelatore di onde gravitazionali chiamato risonatore di onde acustiche di massa (BAW). 

Il progetto implementa un disco di cristallo di quarzo che vibra ad alte frequenze quando le onde acustiche si propagano attraverso il suo materiale, creando una carica elettrica rilevata da due piastre conduttrici adiacenti. Quindi il segnale viene trasportato attraverso un dispositivo di interferenza quantistica superconduttore (SQUID) che amplifica il segnale, che viene quindi rilevato.

Gli eventi potrebbero essere buchi neri primordiali o materia oscura

Sebbene sia complicato, questo processo è anche protetto dalle radiazioni elettromagnetiche del mondo esterno tramite schermi multipli contro le radiazioni, all’interno dei quali l’ambiente è superraffreddato a una temperatura prossima allo zero assoluto (che riduce ulteriormente il rumore del segnale). 

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Tutto ciò consente a questa meraviglia ingegneristica di rilevare onde a frequenze nella gamma dei MHz. Il progetto BAW è durato 153 giorni, con due diverse esecuzioni nel 2019, durante le quali gli scienziati hanno rilevato due eventi non comuni. Il primo è stato registrato il 12 maggio, con l’altro molto più tardi, il 27 novembre. Entrambi, tuttavia, sono stati registrati a 5 MHz, che è un’alta frequenza.

Il mistero sta nell’individuare la causa di questi segnali, ma gli scienziati hanno soluzioni ipotetiche: potrebbero essere buchi neri primordiali, nati nel caos che è seguito al Big Bang (si parla di millisecondi), che potrebbero aver seminato buchi neri supermassicci intorno ai quali si sono formate le galassie. 

Le onde gravitazionali ad alta frequenza potrebbero provenire da uno di questi buchi neri primordiali, ma queste devono ancora essere verificate empiricamente. L’altra possibilità è forse più allettante, anche se allo stesso modo deve ancora essere osservata: una nuvola di particelle di materia oscura.

Questa “materia” è probabilmente abbondante in tutto il cosmo, ma interagisce con la materia convenzionale solo attraverso la sua influenza gravitazionale.

Confermare una di queste possibilità significherebbe una svolta colossale nella fisica moderna, poiché mentre la materia oscura o i buchi neri primordiali costituirebbero una scoperta storica mondiale, potrebbe anche essere qualcosa di relativamente banale, come una meteora o un processo atomico casuale. Solo il tempo ci dirà ciò che gli scienziati hanno appena scoperto.

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