I “fari” cosmici che irradiano raggi gamma potrebbero rivelare le onde gravitazionali tutt’intorno a noi

Un'illustrazione del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi che rileva i raggi gamma da pulsar lontane.

Un team di astronomi ha raccolto 12,5 anni di dati dal Fermi Gammy-ray Space telescopio per formare una matrice di temporizzazione pulsar di raggi gamma, un sistema di fari cosmici che potrebbe aiutare a rivelare increspature nello spaziotempo.

Dal momento che il prima osservazione delle onde gravitazionali nel 2016, astronomi e astrofisici hanno cercato di definire lo sfondo delle onde gravitazionali, effettivamente l’intero oceano di queste onde gravitazionali. onde nello spaziotempo. Le rapide rotazioni e le collisioni degli oggetti più massicci dell’universo, cose come i buchi neri e le stelle di neutroni, producono onde gravitazionali che possono essere rilevate sulla Terra.

il LIGO e Vergine gli interferometri hanno raccolto onde gravitazionali dalle fusioni di buchi neri che sono numerose volte la dimensione del nostro Sole, noti come buchi neri di massa stellare. Ma gli scienziati vorrebbero anche vedere onde molto più grandi, come quelle che emergono da due buchi neri supermassicci che si infrangono l’uno nell’altro. Questa è una sfida.

Le onde gravitazionali delle fusioni di buchi neri di massa stellare sono “lunghe da poche decine a centinaia di chilometri, e quindi abbiamo bisogno di rivelatori lunghi solo pochi chilometri”, ha inviato un’e-mail ad Aditya Parthasarathy, un’astronoma del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn , Germania e coautore del nuovo articolo. “Per rilevare le onde gravitazionali lunghe trilioni di chilometri provenienti da fusioni di buchi neri supermassicci, abbiamo bisogno di un rivelatore che si trovi dall’altra parte della galassia!”

Non possiamo costruire un rivelatore in tutta la galassia. Ma possiamo sfruttare le pulsar presenti in natura, che è ciò che i ricercatori dietro il nuovo lavoro hanno deciso di fare. Hanno costruito su un’idea esistente chiamata matrice di temporizzazione pulsar, che si basa sulle onde radio emesse dai resti di stelle morte in rapida rotazione. Queste pulsar ruotano in a modo prevedibile, che consente ai ricercatori di documentare sottili cambiamenti nel tempo impiegato dagli impulsi per raggiungere la Terra. Questi cambiamenti sono dovuti a distorsioni nello spaziotempo, onde gravitazionali, che fanno sì che l’impulso arrivi leggermente prima o dopo il solito.

Mettere insieme i segnali delle pulsar in reti consente agli astronomi di formare osservatori su scala galattica. Il nuovo approccio del recente team cerca la radiazione gamma prodotta da alcune di queste pulsar, che viene rilevata dal Telescopio spaziale a raggi gamma Fermi. La loro ricerca lo è pubblicato sulla rivista Scienza.

l’anno scorso, il North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves ha pubblicato un set di dati di 12,5 anni che descrive un modello alla luce di 45 pulsar della Via Lattea, un segnale a bassa frequenza che era “come ci aspettiamo che appaiano i primi indizi dello sfondo dell’onda gravitazionale, ” secondo l’autore principale dello studio. Quei dati provenivano da due radiotelescopi: il Green Bank Telescope in West Virginia e l’Arecibo Telescope a Porto Rico, che crollato nel 2020.

Ma il cronometraggio delle onde radio dalle pulsar non è un metodo infallibile per trovare lo sfondo delle onde gravitazionali. Parthasarathy ha notato che, sulle lunghe distanze che impiegano le onde radio dalle pulsar per raggiungere la Terra, incontrano elezioni vaganti che possono interrompere il viaggio delle onde. “I fotoni di raggi gamma, tuttavia, sono ignari degli elettroni vaganti, e quindi le osservazioni di raggi gamma sono prive di questa importante fonte di rumore”, ha detto Parthasarathy. “Quindi, l’array di temporizzazione delle pulsar di raggi gamma è una sonda più diretta per lo studio del segnale di fondo dell’onda gravitazionale”.

A parte l’immediatezza, cronometrare le pulsar usando la loro radiazione gamma darebbe agli astronomi una sonda dello sfondo dell’onda gravitazionale indipendente dalle sorgenti radio, offrendo un quadro più completo di ciò che sta realmente accadendo.

Lo sfondo dell’onda gravitazionale è in qualche modo simile allo sfondo cosmico a microonde, la prima luce che possiamo vedere nell’universo che è presente ovunque guardi nel cielo. Ma “in un certo senso, è più dinamico del [cosmic microwave background]perché traccia gli ultimi miliardi di anni dell’evoluzione dell’universo e le fonti più rumorose (più vicine) potrebbero essere state solo forti [gravitational wave] fonti per centinaia di migliaia di anni, il che non è praticamente nulla su queste scale”, ha affermato Matthew Kerr, astronomo del Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti e coautore dell’articolo, in una e-mail a Gizmodo.

Kerr ha aggiunto che le onde sono “una grande sonda della dinamica delle parti interne delle galassie e della storia della fusione. Ma non iniziano fino a quando non esistono buchi neri supermassicci, il che richiede molto tempo, poiché le galassie devono condensare, formare stelle e crescere”.

L’approccio di Fermi non è ancora così sensibile come quello dei radiotelescopi, lo sono i risultati recenti circa il 30% di buono come gli array di temporizzazione delle pulsar radio, ma gli astronomi ritengono che, tra circa cinque anni, Fermi sarà altrettanto bravo a rilevare lo sfondo dell’onda gravitazionale.

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