La prima rilevazione in assoluto delle onde gravitazionali (avvenuta nel settembre 2015) ha innescato una rivoluzione in astronomia. Questo evento non solo ha confermato una teoria predetta dalla Teoria della relatività generale di Einstein un secolo prima, ma ha anche inaugurato una nuova era in cui le fusioni di buchi neri distanti, supernovae e stelle di neutroni potevano essere studiate esaminando le loro onde risultanti.
Inoltre, gli scienziati hanno teorizzato che le fusioni di buchi neri potrebbero effettivamente essere molto più comuni di quanto si pensasse in precedenza. Secondo un nuovo studio condotto da una coppia di ricercatori della Monash University, queste fusioni avvengono una volta ogni pochi minuti. Ascoltando il rumore di fondo dell'Universo, affermano, potremmo trovare prove di migliaia di eventi precedentemente non rilevati.
Il loro studio, intitolato "Optimal Search for a Astrophysical Gravitational-Wave Background", è recentemente apparso sulla rivista Revisione fisica X. Lo studio è stato condotto da Rory Smith ed Eric Thrane, professore incaricato e ricercatore presso la Monash University, rispettivamente. Entrambi i ricercatori sono anche membri dell'ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Mentre affermano nel loro studio, ogni 2-10 minuti, un paio di buchi neri di massa stellare si fondono da qualche parte nell'Universo. Una piccola parte di questi è abbastanza grande da poter rilevare l'evento dell'onda gravitazionale risultante da strumenti avanzati come l'Osservatorio delle onde gravitazionali e l'interferometro laser e l'osservatorio della Vergine. Il resto, tuttavia, contribuisce a una sorta di rumore di fondo stocastico.
Misurando questo rumore, gli scienziati possono essere in grado di studiare molto di più in termini di eventi e imparare molto di più sulle onde gravitazionali. Come ha spiegato il dott. Thrane in un comunicato stampa della Monash University:
“Misurare lo sfondo delle onde gravitazionali ci permetterà di studiare popolazioni di buchi neri a grandi distanze. Un giorno, la tecnica potrebbe consentirci di vedere le onde gravitazionali dal Big Bang, nascoste dietro le onde gravitazionali da buchi neri e stelle di neutroni. "
I dottor Smith e Thrane non sono dilettanti quando si tratta di studiare le onde gravitazionali. L'anno scorso, entrambi sono stati coinvolti in un'importante svolta, in cui i ricercatori di LIGO Scientific Collaboration (LSC) e Virgo Collaboration hanno misurato le onde gravitazionali da una coppia di stelle di neutroni che si fondevano. Questa è stata la prima volta che una fusione di stelle di neutroni (aka un kilonova) è stata osservata sia nelle onde gravitazionali che nella luce visibile.
La coppia faceva anche parte del team Advanced LIGO che ha effettuato il primo rilevamento delle onde gravitazionali a settembre 2015. Ad oggi, sei eventi confermati sulle onde gravitazionali sono stati confermati da LIGO e Virgo Collaborations. Ma secondo i dott. Thrane e Smith, ogni anno potrebbero accadere fino a 100.000 eventi che questi rilevatori non sono in grado di gestire.
Queste onde sono ciò che si uniscono per creare uno sfondo di onde gravitazionali; e mentre i singoli eventi sono troppo sottili per essere rilevati, i ricercatori hanno tentato di sviluppare un metodo per rilevare il rumore generale per anni. Basandosi su una combinazione di simulazioni al computer di deboli segnali di buco nero e masse di dati provenienti da eventi noti, Drs. Thrane e Smith affermano di aver fatto proprio questo.
Da questo, la coppia è stata in grado di produrre un segnale all'interno dei dati simulati che ritengono essere la prova di deboli fusioni di buchi neri. Guardando al futuro, i dottor Thrane e Smith sperano di applicare il loro nuovo metodo a dati reali e sono ottimisti nel dare risultati. I ricercatori avranno anche accesso al nuovo supercomputer OzSTAR, che è stato installato il mese scorso presso la Swinburne University of Technology per aiutare gli scienziati a cercare le onde gravitazionali nei dati LIGO.
Questo computer è diverso da quelli utilizzati dalla comunità LIGO, che include i supercomputer di CalTech e MIT. Invece di fare affidamento su unità di elaborazione centrale (CPU) più tradizionali, OzGrav utilizza unità di elaborazione grafica, che possono essere centinaia di volte più veloci per alcune applicazioni. Secondo il professor Matthew Bailes, il direttore del supercomputer OzGRav:
"È 125.000 volte più potente del primo supercomputer che ho costruito presso l'istituzione nel 1998 ... Sfruttando la potenza delle GPU, OzStar ha il potenziale per fare grandi scoperte nell'astronomia delle onde gravitazionali".
Ciò che è stato particolarmente impressionante nello studio delle onde gravitazionali è il modo in cui è progredito così rapidamente. Dalla rilevazione iniziale nel 2015, gli scienziati di Advanced LIGO e Virgo hanno ora confermato sei eventi diversi e prevedono di rilevarne molti altri. Inoltre, gli astrofisici stanno anche cercando modi per usare le onde gravitazionali per saperne di più sui fenomeni astronomici che li causano.
Tutto ciò è stato reso possibile grazie ai miglioramenti nella strumentazione e alla crescente collaborazione tra osservatori. E con metodi più sofisticati progettati per setacciare i dati di archivio per ulteriori segnali e rumori di fondo, siamo pronti a imparare molto di più su questa misteriosa forza cosmica.
