Un rilevatore di onde gravitazionali nello spazio potrebbe svelare i segreti dell'universo

Apr 15, 2023

Una nuova ricerca ha dimostrato che i futuri rilevamenti di onde gravitazionali dallo spazio saranno in grado di scoprire nuovi campi fondamentali e potenzialmente gettare nuova luce su aspetti inspiegabili dell’Universo.

Il professor Thomas Sotiriou del Centro di Gravità dell'Università di Nottingham e Andrea Maselli, ricercatore del GSSI e associato dell'INFN, insieme ai ricercatori della SISSA e della Sapienza di Roma, hanno dimostrato l'accuratezza senza precedenti con cui le osservazioni delle onde gravitazionali effettuate dall'interferometro spaziale LISA (Laser Interferometer Space Antenna), sarà in grado di rilevare nuovi campi fondamentali.La ricercaè stato pubblicato su Nature Astronomy.

In questo nuovo studio i ricercatori suggeriscono che LISA, il rilevatore di onde gravitazionali (GW) basato nello spazio che dovrebbe essere lanciato dall’ESA nel 2037 aprirà nuove possibilità per l’esplorazione dell’Universo.

Sotiriou, direttore del Centro di Gravità di Nottingham, spiega: "Nuovi campi fondamentali, e in particolare scalari, sono stati suggeriti in una varietà di scenari: come spiegazioni per la materia oscura, come causa dell'espansione accelerata dell'Universo, o come "manifestazioni energetiche di una descrizione coerente e completa della gravità e delle particelle elementari. Abbiamo ora dimostrato che LISA offrirà capacità senza precedenti nel rilevamento di campi scalari e questo offre interessanti opportunità per testare questi scenari."

Le osservazioni di oggetti astrofisici con campi gravitazionali deboli e piccola curvatura dello spaziotempo non hanno finora fornito prove di tali campi. Tuttavia, c’è motivo di aspettarsi che le deviazioni dalla Relatività Generale, o le interazioni tra gravità e nuovi campi, saranno più evidenti alle grandi curvature. Per questo motivo, la rilevazione dei GW, che ha aperto una nuova finestra sul regime di gravità dei campi forti, rappresenta un’opportunità unica per rilevare questi campi.

Le spirali con rapporto di massa estremo (EMRI) in cui un oggetto compatto di massa stellare, un buco nero o una stella di neutroni, inspira nel buco nero fino a milioni di volte la massa del Sole, sono tra le sorgenti bersaglio di LISA e forniscono un'arena dorata per sondare il regime di gravità del campo forte. Il corpo più piccolo compie decine di migliaia di cicli orbitali prima di tuffarsi nel buco nero supermassiccio e questo porta a segnali lunghi che possono permetterci di rilevare anche le più piccole deviazioni dalle previsioni della teoria di Einstein e del Modello Standard della Fisica delle Particelle.

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio per modellare il segnale e hanno eseguito per la prima volta una stima rigorosa della capacità di LISA di rilevare l'esistenza di campi scalari accoppiati con l'interazione gravitazionale e di misurare la quantità di campo scalare trasportato dal piccolo corpo di l'EMRI. Sorprendentemente, questo approccio è indipendente dalla teoria, poiché non dipende dall’origine della carica stessa, o dalla natura del piccolo corpo. L’analisi mostra anche che tale misurazione può essere mappata rispetto a forti limiti sui parametri teorici che segnano le deviazioni dalla Relatività Generale o dal Modello Standard.

LISA sarà dedicata alla rilevazione delle onde gravitazionali da fonti astrofisiche, opererà in una costellazione di tre satelliti, orbitanti attorno al Sole a milioni di chilometri di distanza l'uno dall'altro. LISA osserverà le onde gravitazionali emesse a bassa frequenza, all'interno di una banda non disponibile agli interferometri terrestri a causa del rumore ambientale. Lo spettro visibile per LISA permetterà di studiare nuove famiglie di sorgenti astrofisiche, diverse da quelle osservate da Virgo e LIGO, come le EMRI, aprendo una nuova finestra sull'evoluzione degli oggetti compatti in una grande varietà di ambienti del nostro Universo.

- Questo comunicato stampa è stato originariamente pubblicato sul sito web dell'Università di Nottingham