Maggio 16, 2022

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Ricerca sfondi onde gravitazionali – Raumfahrer.net

Alla ricerca di segnali di onde gravitazionali a lunga lunghezza d’onda da parte del satellite Fermi della NASA L’unione di buchi neri supermassicci al centro delle galassie interagenti sta riempiendo l’universo di onde gravitazionali a frequenza estremamente bassa. Gli astronomi utilizzano grandi radiotelescopi per cercare queste onde per osservare i sottili effetti di queste increspature spaziotemporali sulle onde radio emesse dalle pulsar nella nostra galassia. Comunicato stampa del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), Bonn.

fonte: MPIf R.

Il Fermi Large Area Telescope (LAT) si trova sul satellite Fermi in orbita a 500 km sopra la Terra e raccoglie i raggi gamma dalle pulsar di millisecondi. Questi fotoni ad alta energia viaggiano attraverso la Via Lattea, incontrando un mare di onde gravitazionali a bassa frequenza prodotte da coppie di buchi neri supermassicci che si fondono al centro delle galassie che si fondono. Le increspature dello spaziotempo, a lunghezze d’onda di pochi anni luce, fanno sì che ogni fotone arrivi un po’ prima o dopo il previsto. L’osservazione dei raggi gamma da molte di queste pulsar millisecondi – un esperimento noto come Pulsar Timing Array (PTA) – può rivelare questa firma rivelatrice. Finora, i radiotelescopi sensibili sono stati utilizzati solo negli array di temporizzazione delle pulsar. Ora, i dati di Fermi abilitano un array di temporizzazione pulsar basato su raggi gamma che fornisce una visione nuova e chiara di questi tipi di onde gravitazionali. © Daniëlle Futselaar / MPIfR (Artsource.nl)

7 aprile 2022. Un team internazionale di scienziati ha ora dimostrato che la radiazione gamma ad alta frequenza registrata dal telescopio Fermi Nasa, può essere utilizzato per questa ricerca. L’uso dei raggi gamma invece delle onde radio consente una visione più chiara delle pulsar e fornisce un metodo indipendente e complementare per rilevare le onde gravitazionali.

I risultati di un team internazionale di scienziati, tra cui Aditya Parthasarathy e Michael Kramer del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, sono stati pubblicati su Science questa settimana.

mare di onde gravitazionali

Al centro della maggior parte delle galassie – ammassi di centinaia di miliardi di stelle come la nostra Via Lattea – c’è un buco nero supermassiccio. Le galassie sono attratte l’una dall’altra dalla loro intensa gravità e, quando si fondono, i buchi neri centrali affondano nel nuovo centro. Quando queste onde deviano verso l’interno e si fondono tra loro, producono onde gravitazionali di lunghezza d’onda estremamente lunga centinaia di trilioni di chilometri o diversi anni luce tra le creste delle onde. L’universo è pieno di buchi neri supermassicci che si fondono e lo riempiono di un mare di onde spazio-temporali a bassa frequenza.

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Gli astronomi hanno cercato queste onde per decenni osservando sistematicamente le pulsazioni delle pulsar, i densi resti di stelle massicce. Le pulsar ruotano molto regolarmente e gli astronomi sanno esattamente quando aspettarsi ogni pulsazione. Tuttavia, il mare di onde gravitazionali altera sottilmente i tempi delle pulsazioni che raggiungono la Terra e un’attenta osservazione delle numerose pulsar nel cielo può rivelarne la presenza.

Finora, la ricerca di queste onde ha utilizzato solo grandi radiotelescopi che raccolgono e analizzano le onde radio. Un team internazionale di scienziati sta ora cercando queste minuscole fluttuazioni nello spazio-tempo nei dati sui raggi gamma raccolti in un periodo di più di dieci anni utilizzando il satellite Fermi. Nasa è stato registrato. La loro analisi mostra che il rilevamento di queste onde potrebbe essere possibile con pochi anni di osservazioni aggiuntive.

“Fermi studia l’universo con i raggi gamma, la forma di luce più energetica. Siamo rimasti sorpresi da quanto ha rilevato il tipo di pulsar di cui abbiamo bisogno per cercare queste onde gravitazionali: finora ne abbiamo trovate più di 100”, ha affermato Matthew Kerr, uno scienziato del US Naval Research Laboratory di Washington: “Il telescopio Fermi e il telescopio a raggi gamma hanno alcune proprietà speciali che insieme li rendono uno strumento molto potente in questo studio”.

I risultati dello studio, condotto da Kerr e Aditya Parthasarathy, collaboratori del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn, sono stati pubblicati su Science (numero del 7 aprile).

orologi cosmici

La luce assume molte forme. Le onde radio a bassa frequenza possono penetrare in alcuni oggetti, mentre i raggi gamma ad alta frequenza esplodono in energiche piogge di particelle quando colpiscono la materia. Le onde gravitazionali coprono anche un ampio spettro, con oggetti più massicci che tendono a produrre onde più lunghe.

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Poiché è impossibile costruire un rivelatore abbastanza grande da rilevare onde di trilioni di chilometri di lunghezza d’onda causate dalla fusione di buchi neri supermassicci, gli astronomi usano rivelatori già in natura sotto forma di cosiddetti array di temporizzazione stellare. Questi sono gruppi di pulsar di millisecondi che brillano sia nelle onde radio che nei raggi gamma e ruotano sul proprio asse centinaia di volte al secondo. Come i fari, questi raggi sembrano pulsare regolarmente mentre attraversano la Terra, e quando sfondano in un mare di onde gravitazionali, vengono impressi con il debole rumore di enormi e lontani buchi neri.

Tecnologia di misurazione unica

Originariamente, le pulsar sono state scoperte utilizzando radiotelescopi e gli esperimenti sugli array di temporizzazione delle pulsar utilizzando radiotelescopi sono in corso da quasi due decenni. I grandi specchi parabolici sono i più sensibili agli effetti delle onde gravitazionali, ma gli effetti interstellari complicano l’analisi dei dati radio. Lo spazio è spesso vuoto, ma quando si attraversa la vasta distanza tra una pulsar e la Terra, le onde radio incontrano ancora molti elettroni. Proprio come un prisma piega la luce visibile, gli elettroni interstellari piegano le onde radio, modificando il loro tempo di arrivo. I raggi gamma ad alta energia non sono influenzati in questo modo, quindi sono un metodo complementare e indipendente per la temporizzazione delle pulsar.

“I risultati di Fermi sono migliori del 30% rispetto agli array di temporizzazione delle pulsar radio quando si tratta di rilevamento dello sfondo delle onde gravitazionali”, afferma Aditya Parthasarathy. “Se raccogliamo e analizziamo i dati delle pulsar per altri cinque anni, il sistema sarà altrettanto buono, con l’ulteriore vantaggio di non doversi preoccupare di tutti quegli elettroni vaganti”.

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La matrice temporale delle pulsar a lunghezza d’onda gamma che non era stata visualizzata prima del lancio di Fermi rappresenta una nuova potente aggiunta all’astrofisica delle onde gravitazionali.

“Rilevare lo sfondo delle onde gravitazionali delle pulsar è a portata di mano, ma rimane impegnativo. Il metodo indipendente, come dimostrato qui inaspettatamente da Fermi, è un’ottima notizia, per confermare i risultati futuri e dimostrare sinergie con gli esperimenti radio”, conclude Michael Kramer, Direttore di MPIfR e presidente della divisione di ricerca “Fisica fondamentale radioastronomica”.

Informazioni aggiuntive

Il Fermi Gamma Ray Space Telescope è uno sforzo collaborativo in astrofisica e fisica delle particelle sviluppato dal Goddard Space Flight Center delle Nazioni Unite Nasa a cintura verde, nel Maryland. Fermi è stato sviluppato in collaborazione con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, con importanti contributi di istituzioni accademiche e partner in Francia, Germania, Italia, Giappone, Svezia e Stati Uniti.

La collaborazione FERMI-LAT comprende un team internazionale di scienziati tra cui Aditya Parthasarathy e Michael Kramer, entrambi del Max Planck Institute for Radio Astronomy.

versione originale

La matrice di temporizzazione della pulsar di raggi gamma vincola lo sfondo dell’onda nanogravitazionale
Collaborazione Fermi-LAT, Scienza, 7 aprile 2022.
DOI: 10.1126/science.abm3231.

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