Unde gravitaționale cu lungimi de undă extreme pot afecta modul în care măsurăm radiația emisă de pulsari. Cercetătorii de la NANOGrav susțin că ar fi măsurat ceva semnale în această direcție. Teoreticienii cred că ar putea proveni de la corzi cosmice sau găuri negre primordiale.

Undele gravitaționale

Undele gravitaționale reprezintă deformări ale geometriei spațio-temporale ale Universului care se propagă prin Univers. Prevăzute de teoria relativității generale a lui Einstein, cea care leagă materia și energia din Univers de geometria acestuia, au fost pentru prima data măsurate în septembrie 2015 ca provenind din unirea a două găuri negre. De atunci detectoarele de unde gravitaționale LIGO și VIRGO au măsurat mai multe astfel de unde gravitaționale, majoritatea provenind din coliziunea de găuri negre cu masa de zeci de ori cea a Soarelui. În Univers însă ar putea exista unde gravitaționale care să aibă o lungime de undă mult mai mare – mulți ani lumină – și intensități mai mici, produse imediat după Big Bang, așa-numitele unde gravitaționale primordiale, sau prin fenomene care implică o nouă fizică. Aceste unde nu pot fi măsurate cu LIGO și VIRGO. Cercetătorii însă au de multe ori idei îndrăznețe, și au reușit să pună la punct o metodă pentru detectarea undelor gravitaționale cu lungimi de undă extrem de mari.

NANOGrav pe urmele undelor gravitaționale cu pulsarii

Undele gravitaționale deformează spațiul și timpul, ceea ce face că lumina ce provine de la obiecte îndepărtate, dacă întâlnește în drumul ei spre noi o astfel de undă, să „simtă” unda și să se propage în geometria deformată a spațiului și timpului. Este exact această idee la baza unui studiu efectuat de cercetătorii care lucrează în proiectul NANOGrav și care studiază radiația ce provine de la pulsari – stele de neutroni cu câmp magnetic deosebit de intens care sunt un fel de faruri în Univers – care emit radiație cu o frecvență constantă și bine cunoscută. Orice deformare a modului în care ne ajunge radiația de la pulsari ar putea fi datorată undelor gravitaționale extrem de lungi. Colaborarea NANOGrav a studiat 45 de pulsari situați la o distanță față de noi de până la 1.000 de ani lumină, pe o durată de circa 12,5 ani. Au publicat un articol în care arată cum că au găsit ceva indicații asupra existenței unor fenomene noi – grupul nu a propus o interpretare însă teoreticienii s-au grăbit să găsească explicații.

Corzi (strings) cosmice

Dacă NANOGrav a măsurat cu adevărat unde gravitaționale atunci acestea ar putea fi datorate așa-numitelor strings cosmice care ar fi luat naștere imediat după Big Bang. Încă nu știm care este teoria care descrie fizica în Universul timpuriu – cea care pune împreună gravitația cu celelalte interacțiuni descrise de Modelul Standard; una dintre aceste teorii este tocmai teoria corzilor (string theory) – care are mai multe versiuni. În câteva dintre aceste versiuni în Univers ar putea exista aceste corzi de energie care, vibrând, produc unde gravitaționale precum cele care ar fi fost eventual măsurate de NANOGrav. Aceasta este concluzia unui recent articol publicat în Phys. Rev. Lett. 

Găuri negre primordiale

Alți teoreticieni însă susțin că undele gravitaționale de acest tip ar fi produse de găuri negre primordiale; aceste găuri negre – cu masă mult mai mică decât cele care au generat undele gravitaționale măsurate de LIGO și VIRGO – ar fi luat naștere imediat după Big Bang în urma fluctuațiilor extreme de densitate în Univers. Ar putea avea masă mică – precum cea a unui asteroid sau chiar și mai mică; în momentul în care ar fi luat naștere aceste găuri negre s-ar fi generat unde gravitaționale care continuă să se propage în Univers – fiind tocmai cele „văzute” de NANOGrav; a fost publicat un articol tot în Phys. Rev. Lett. cu această explicație.

Înainte de a găsi explicația acestor unde gravitaționale acestea trebuie în primul rând confirmate; este acesta obiectivul cercetătorilor din NANOGrav în următorii ani;  studii asupra pulsarilor care să confirme (sau nu) descoperirea epocală a undelor gravitaționale extreme. Dacă așa vor sta lucrurile se deschide un nou capitol în fizica modernă care ar putea să ne ducă spre o nouă fizică extrem de fascinantă.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe

Credit imagine: NANOGrav/T. Klein