L’astronomia delle onde gravitazionali è ancora giovane. Per questo motivo, le onde gravitazionali che possiamo osservare provengono da potenti eventi cataclismatici. Buchi neri che si consumano l’un l’altro in un violento cinguettio dello spazio-tempo, o stelle di neutroni che si scontrano in una tremenda esplosione. Presto potremmo essere in grado di osservare le onde gravitazionali di supernove, o buchi neri supermassicci che si fondono a miliardi di anni luce di distanza. Ma sotto la cacofonia c’è un’onda gravitazionale molto diversa. Ma se riusciremo a rilevarle, ci aiuteranno a risolvere uno dei più profondi misteri cosmologici.
Sono note come onde gravitazionali primordiali, e mentre si sono formate nel cuore del big bang, si sono attenuate di intensità fino a diventare un debole ronzio. È molto simile allo sfondo cosmico a microonde che si può vedere da ogni parte dell’universo, ma praticamente invisibile rispetto alle fonti di luce energetica che vediamo ogni giorno.
Poiché queste onde gravitazionali sono così deboli, la maggior parte dello sforzo per rilevarle si è concentrato sul loro effetto sulla luce. Secondo il modello standard della cosmologia, le onde gravitazionali primordiali dovrebbero distorcere leggermente l’orientamento della luce mentre viaggia nello spazio. Così, la luce proveniente dallo sfondo cosmico a microonde dovrebbe avere un Polarizzazione in modalità B. Il problema è che anche altre cose, come la polvere, possono indurre una polarizzazione in modo B nella CMB. È facile confondere le due cose, come si è visto quando la collaborazione BICEP2 ha dichiarato di averle rilevate, quindi hanno dovuto camminare un po’ indietro nei risultati.
Mentre è ancora possibile rilevare le onde primordiali attraverso la CMB, ora che possiamo rilevare le onde gravitazionali sarebbe bello rilevare direttamente le onde primordiali. Un nuovo gruppo di ricerca pensa di aver trovato un modo per farlo. I loro risultati sono stati pubblicati su Lettere di revisione fisicae mostra come potremmo estrarre il suo segnale da un rumore tremendo.
Il loro processo è l’opposto di quello che si fa di solito nella registrazione del suono. Se si ha un ronzio di sottofondo persistente, di solito si registra il suono ambientale della stanza, quindi lo si sottrae dalla registrazione. Per rilevare le onde gravitazionali, il team propone di rimuovere i segnali forti per sentire il debole ronzio. Hanno creato un modello di un segnale complessivo medio di eventi come le supernovae e le fusioni dei buchi neri. Sottraendo questo dai dati delle onde gravitazionali che raccogliamo, quello che dovrebbe rimanere è un mucchio di rumore casuale. La maggior parte di questo rumore sarebbe causato dalle fluttuazioni casuali del rivelatore di onde gravitazionali stesso. Ma ora abbiamo diversi osservatori di onde gravitazionali, e il rumore casuale di ciascuno di essi è diverso. Quindi il team propone di confrontare i dati di rumore di più osservatori e di sottrarre tutto il rumore che non è comune tra di loro. Poiché le onde gravitazionali primordiali dovrebbero avere lo stesso segnale in tutti gli osservatori, il “rumore” comune dovrebbe essere il segnale primordiale.
Il team ha dimostrato che questo può funzionare nelle simulazioni. L’unico problema è che gli osservatori attuali sono così rumorosi che questo metodo non può essere utilizzato. Con l’arrivo di nuovi osservatori più sensibili, questo metodo potrebbe essere usato per rilevare le onde gravitazionali primordiali.
Se questo metodo avrà successo, sarà una grande manna per gli astronomi. In questo momento il modello cosmologico standard presuppone che ci sia stato un periodo di rapida inflazione nel primo universo. Questa ipotesi risolve molti dei problemi della cosmologia primitiva, ma rimane ipotetica. Ma se il modello di inflazione è corretto, le onde gravitazionali primordiali porterebbero la sua firma. Rilevarle confermerebbe i nostri sospetti sul big bang o ci indicherebbe nuove sorprendenti teorie.
Riferimento: Biscoveanu, Sylvia, et al. “Misurazione del fondo delle onde gravitazionali primordiali in presenza di sfondi astrofisici.” Lettere di revisione fisica 125.24 (2020): 241101.