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GAIA potrebbe rivelare le onde gravitazionali?

GAIA potrebbe rivelare le onde gravitazionali?
Crediti: C.J.Moore et al., Phys. Rev. Letters

Anche il satellite astrometrico europeo, secondo un recente studio, potrebbe contribuire allo studio di onde gravitazionali a bassissima frequenza, affiancandosi ad altre indagini basate sul "timing" delle pulsar.

 La nuova finestra aperta sull'Universo dalle Onde Gravitazionali (GW, abbreviando in inglese) fa sempre più gola agli astronomi; ora che le antenne gravitazionali Ligo e Virgo hanno finalmente rivelato quelle prodotte dalla fusione di buchi neri e stelle di neutroni di massa stellare, si stanno escogitando sistemi alternativi per rivelare altre sorgenti capaci di emettere tali onde in altre bande di frequenza, come illustrato nella grafica seguente. Si stima che onde gravitazionali anche più intense e costanti ma con frequenza molto più bassa di quelle avvistate finora possono essere generate da buchi neri supermassicci orbitanti uno intorno all'altro, una configurazione che deve presentarsi facilmente a seguito dell'interazione tra due galassie di grande massa che si fondono. Addirittura, a queste frequenze potrebbero esserci segnali primordiali generati persino durante la fase inflazionaria, aprendo una finestra cosmologica completamente nuova sulle primissime fasi del Big Bang (fino ad oggi inaccessibili con le onde elettromagnetiche, le quali si fermano a 380mila anni dopo la nascita dell'universo!). 

gravitational wave spectrum

Le varie "finestre" di frequenza delle onde gravitazionali, ciascuna con diversi metodi di rivelazione e diverse potenziali sorgenti astrofisiche. - Credits: NANOGrav, National Science Foundation

 Oltre al progetto di interferometro spaziale LISA/NGO, già a buon punto con la riuscita sperimentazione del prototipo LISA-pathfinder, diverse collaborazioni scientifiche sono state formate per tentare di rivelare indirettamente il passaggio di GW a frequenze ancora più basse (alcuni nanoHertz), tramite le perturbazioni indotte sui segnali radio estremamente regolari emessi da pulsar veloci. Stati Uniti e Canada, ad esempio, hanno creato il consorzio NANOGrav ("North American Nanohertz Observatory for Gravitational waves") per registrare con precisione dei microsecondi i tempi di arrivo degli impulsi emessi dalle Pulsar con periodo di millisecondi.  Il principio di funzionamento, in fondo, è sempre il medesimo: misurare la variazione del tempo che impiega la luce a percorrere lo spazio tra due masse, mentre un'onda gravitazionale vi passa attraverso deformandone la metrica. Nel caso dei rivelatori Ligo e Virgo, si tratta degli specchi sospesi alle estremità dei bracci dell'interferometro, nel caso di Elisa lo spazio tra i satelliti e nel caso di Gaia o del "Pulsar timing" lo spazio che separa l'osservatorio dalla sorgente.

GaiaWave9

Confronto tra la sensibilità ottenibile da Gaia e quella di 3 progetti di "pulsar timing" in funzione della frequenza delle GW - Crediti: C.J.Moore et al., Phys. Rev. Letters

 Successivamente all'avvio di questi progetti, ci si è resi conto che anche Gaia, con la sua squisita precisione astrometrica, sarebbe in grado di osservare le minuscole oscillazioni nella posizione apparente delle stelle, dovute al passaggio di un'onda gravitazionale attraverso il sistema solare interno. Le oscillazioni, dovute alla temporanea variazione della metrica dello spazio (un pò come la deviazione della luce delle stelle a causa della gravità del Sole durante una eclisse), è visualizzata nell'immagine in apertura, dove si simula il passaggio di una GW proveniente dal polo nord celeste che devia la posizione di un migliaio di stelle secondo due diversi tipi di polarizzazione dell'onda. Un'altra simunazione di questo genere è mostrata nella seguente mappa, stavolta con l'intera volta celeste invece del solo emisfero nord.

GaiaWave5

 Oscillazioni (fortemente amplificate) nella posizione di stelle nella volta celeste durante il passaggio di una GW. - Credits: C. J. Moore/Univ. of Cambridge

 Secondo il nuovo studio firmato da J. Moore e altri 3 ricercatori inglesi, sarebbe possibile realizzare questo tipo di indagine comprimendo di oltre 1 milione di volte l'informazione originale e perdendo meno dell'1 % nella sensibilità. Gli autori sottolineano che questo metodo non sostituisce ma è complementare all'indagine svolta dai programmi di "pulsar timing".

 

Riferimenti:
https://www.universetoday.com/138204/gaia-mission-moonlight-gravitational-wave-detector/
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.261102

 

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

Sito web: https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58
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