In una serie di articoli pubblicati su “Astronomy and Astrophysics”, gli scienziati dell’European Pulsar Timing Array (EPTA), in collaborazione con i colleghi indiani e giapponesi dell’Indian Pulsar Timing Array (InPTA), riportano i risultati di dati raccolti in oltre 25 anni, che promettono di portare a scoperte senza precedenti nello studio della formazione e dell’evoluzione dell’universo e delle galassie che lo abitano.
L’EPTA è una collaborazione di scienziati provenienti da undici istituzioni in tutta Europa, comprese due in Italia (l’INAF e l’UniversitĂ di Milano-Bicocca), che riunisce astronomi e fisici teorici al fine di utilizzare le osservazioni dei segnali estremamente regolari provenienti da stelle “morte” chiamate pulsar per costruire un rivelatore di onde gravitazionali delle dimensioni della nostra Galassia. “Le pulsar sono eccellenti orologi naturali e possiamo usare l’incredibile regolaritĂ dei loro segnali per cercare minuscoli cambiamenti nel loro ticchettio causati da sottili dilatazioni e compressioni dello spazio-tempo provocati da onde gravitazionali provenienti dall’Universo lontano”, spiega Golam Shaifullah, ricercatore presso l’UniversitĂ di Milano-Bicocca nel gruppo di ricerca “B Massive” diretto dal professor Alberto Sesana e finanziato dall’European Research Council.
Questo gigantesco rivelatore di onde gravitazionali, che si estende dalla Terra verso 25 pulsar selezionate all’interno della nostra Via Lattea e distanti migliaia di anni luce da noi, consente di studiare onde gravitazionali a frequenze molto più basse rispetto a quelle già osservate dagli interferometri terrestri, come Virgo a Cascina (vicino a Pisa) e LIGO negli Stati Uniti. A queste frequenze si celano alcuni dei segreti meglio custoditi dell’universo, tra cui la misteriosa popolazione cosmica di buchi neri binari con masse miliardi di volte superiori a quella del Sole. Questi buchi neri si trovano al centro delle galassie in fusione, e durante questa “danza cosmica”, secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein, emettono onde gravitazionali ultralunghe.
I risultati si basano su decenni di osservazioni coordinate utilizzando i cinque radiotelescopi più grandi in Europa. Questi strumenti includono l’Effelsberg Radio Telescope in Germania, il Lovell Telescope dell’Osservatorio Jodrell Bank nel Regno Unito, il Nançay Radio Telescope in Francia, il Sardinia Radio Telescope in Italia e il Westerbork Radio Synthesis Telescope nei Paesi Bassi. Queste osservazioni sono state integrate con i dati forniti dai colleghi dell’InPTA, e la combinazione delle osservazioni dell’EPTA con quelle del Giant Metrewave Radio Telescope in India ha reso l’insieme di dati ancora più sensibile.
I risultati dell’EPTA sono stati confrontati con una serie di pubblicazioni annunciate oggi da altre collaborazioni in tutto il mondo, coinvolgendo gli esperimenti dei PTA (pulsar timing array) australiano, cinese e nordamericano, noti rispettivamente come PPTA, CPTA e NANOGrav. I vari risultati sono coerenti tra tutte le collaborazioni, confermando ulteriormente la presenza di un segnale dovuto alle onde gravitazionali.
Spiegando l’importanza di questi risultati, il professor Alberto Sesana afferma: “L’insieme di dati dell’EPTA è straordinariamente lungo e denso ed ha permesso di ampliare la finestra di frequenza in cui possiamo osservare queste onde, permettendo una migliore comprensione della fisica delle galassie che si fondono e dei buchi neri supermassicci che esse ospitano”. La lunghezza del set di dati permette di studiare onde gravitazionali che oscillano a velocità estremamente lente, consentendo di esplorare sistemi binari di buchi neri con periodi orbitali di decine di anni. Allo stesso tempo, la frequenza dei dati consente lo studio di onde che compiono molte oscillazioni al mese, fornendo accesso a sistemi di buchi neri con periodi orbitali molto più brevi, dell’ordine di pochi giorni.
I risultati dell’analisi dei dati dell’EPTA presentati oggi sono in linea con le previsioni degli astrofisici. Tuttavia, Nataliya Porayko, ricercatrice ospite presso l’UniversitĂ di Milano-Bicocca, sottolinea che “una regola d’oro in fisica per conclamare la scoperta di un nuovo fenomeno è che il risultato dell’esperimento abbia una probabilitĂ di verificarsi casualmente meno di una volta su un milione”. Il risultato riportato dall’EPTA, così come dalle altre collaborazioni internazionali, non soddisfa ancora questo criterio, poichĂ© c’è ancora una probabilitĂ su mille che il segnale sia generato da fonti di rumore casuale. “Ma i lavori sono giĂ in corso”, spiega Aurelien Chalumeau, assegnista di ricerca del gruppo B Massive, “gli scienziati delle quattro collaborazioni – EPTA, InPTA, PPTA e NANOGrav – stanno combinando i loro dati con il coordinamento dell’International Pulsar Timing Array”. L’obiettivo è ampliare gli attuali set di dati, utilizzando misurazioni effettuate su oltre 100 pulsar osservate con tredici radiotelescopi in tutto il mondo. L’aumento della quantitĂ e della qualitĂ dei dati dovrebbe consentire agli astronomi di raggiungere l’obiettivo nel prossimo futuro, fornendo la prova incontrovertibile che una nuova era nell’esplorazione dell’universo è iniziata.
