Un team internazionale di ricercatori, guidato da astronomi della Swinburne University of Technology, ha prodotto la mappa più dettagliata mai realizzata fino ad oggi delle onde gravitazionali nell’Universo.
Con l’utilizzo del radiotelescopio MeerKAT in Sud Africa e dell’innovativa tecnica del pulsar timing array, i ricercatori hanno costruito un rilevatore capace di catturare segnali gravitazionali su scala galattica con precisione senza precedenti.
In questo modo, hanno confermato ulteriormente l’esistenza di un fondo stocastico di onde gravitazionali, oltre ad offrire nuove informazioni sui buchi neri più grandi dell’Universo e sui processi fondamentali che hanno modellato la struttura del cosmo sin dalle sue origini.
Il pulsar timing array per mappare le onde gravitazionali
Il cuore dell’indagine risiede nell’utilizzo delle pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione, come orologi cosmici naturali. Questi oggetti celesti emettono impulsi estremamente regolari, permettendo ai ricercatori di rilevare minuscole variazioni causate dal passaggio di onde gravitazionali.
Utilizzando quasi cinque anni di osservazioni con il radiotelescopio MeerKAT in Sudafrica, uno degli strumenti più sensibili e all’avanguardia al mondo, i ricercatori hanno costruito il MeerKAT Pulsar Timing Array (MPTA), utilizzandolo per osservare decine e decine di pulsar ogni due settimane circa e misurare con una precisione quasi al nanosecondo i tempi di arrivo degli impulsi radio.
Questo rilevatore su scala galattica ha così fornito ai ricercatori l’opportunità di mappare le onde gravitazionali nel cielo, rivelando modelli e variazioni che sfidano le ipotesi precedenti.
Risultati e implicazioni
La mappa risultante dalle osservazioni del MPTA arriva a circa 18 mesi di distanza dalla prima serie di pubblicazioni da parte di altri tre esperimenti internazionali, tra cui l’European Pulsar Timing Array (EPTA).
Innanzitutto, la mappa ha permesso di trovare nuove conferme all’ipotesi dell’esistenza di un fondo cosmico di onde gravitazionali a frequenze estremamente basse (da 1 a 10 nanoHertz), un segnale che potrebbe provenire da una popolazione di coppie di buchi neri supermassicci.
Inoltre, fornisce evidenze significative riguardo alle onde gravitazionali provenienti dalla fusione di buchi neri supermassicci, catturando un segnale più forte rispetto ad esperimenti globali precedenti, e in un terzo del tempo. Osservazioni che sollevano nuove domande sull’origine dei buchi neri massicci e sulla storia primordiale dell’Universo.
Un altro risultato particolarmente sorprendente è stata l’identificazione di una potenziale distribuzione direzionale delle onde gravitazionali, in contrasto con l’assunzione precedente di una distribuzione uniforme.
I ricercatori mirano a comprendere l’origine dei segnali gravitazionali proprio cercando le “impronte digitali” dei processi astrofisici che hanno modellato la nostra realtà cosmica. Le future osservazioni con l’array MeerKAT promettono di raffinare ulteriormente le mappe gravitazionali, potenzialmente rivelando fenomeni cosmici finora nascosti e gettando nuova luce sui meccanismi più profondi dell’evoluzione universale.
I risultati della ricerca, che ha coinvolto anche anche ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell’Università di Milano-Bicocca, sono stati riportati in tre studi pubblicati oggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:
- The MeerKAT Pulsar Timing Array: Maps of the gravitational-wave sky with the 4.5 year data release, K. Grunthal et al.
- The MeerKAT Pulsar Timing Array: The 4.5-year data release and the noise and stochastic signals of the millisecond pulsar population, Matthew T. Miles et al.
- The MeerKAT Pulsar Timing Array: The first search for gravitational waves with the MeerKAT radio telescope, Matthew T. Miles et al.
