Astronomia delle Onde Gravitazionali: Una Finestra Rivoluzionaria sull'Universo
L'astronomia delle onde gravitazionali (OG) sta rivoluzionando la nostra comprensione degli eventi più cataclismatici dell'universo. L'osservazione delle OG provenienti da fusioni di binarie di oggetti compatti da parte di LIGO e Virgo ha già fornito informazioni senza precedenti sulle proprietà e sui canali astrofisici di formazione delle stelle di neutroni e dei buchi neri di massa stellare, sondando la relatività generale (RG) nel regime di campo forte. I progressi previsti con i rivelatori di terza generazione, come l’Einstein Telescope e Cosmic Explorer, e con missioni spaziali, come LISA, estenderanno queste osservazioni a bande di frequenza più basse. Allo stesso tempo, gli esperimenti di pulsar timing arrays hanno già rilevato prove di un possibile fondo stocastico di OG nella banda dei nHz, probabilmente dovute a fusioni di buchi neri supermassivi con masse di miliardi di masse solari.
TEONGRAV TS ha dato contributi sostanziali a vari aspetti dell'astronomia gravitazionale. Alcuni dei risultati più recenti includono il contributo del gruppo all'interpretazione dei dati dell'esperimento European Pulsar Timing Array (EPTA), che forniscono prove di un fondo stocastico di OG a frequenze del nHz. Più in dettaglio, TEONGRAV TS ha guidato lo sforzo volto a porre limiti alla presenza di possibili particelle di materia oscura ultraleggera scalare/pseudoscalare (materia oscura "fuzzy") nei dati di EPTA. Inoltre, TEONGRAV TS ha sfruttato lavori precedenti del nostro gruppo su modelli semi-analitici di formazione delle galassie per mostrare che, se il segnale di EPTA è dovuto a una popolazione di binarie di buchi neri supermassivi, allora il problema del parsec finale deve essere risolto in modo efficiente. In una serie di articoli dal 2020 al 2023, il nostro gruppo ha anche studiato la generazione di OG in teorie di campo effettive (EFT) dell'Energia Oscura. Queste ultime sono un tentativo di classificare in un quadro coerente il vasto insieme di teorie gravitazionali che cercano di riprodurre osservabili cosmologici senza alcuna effettiva Energia Oscura/costante cosmologica, al prezzo di estendere la RG introducendo un ulteriore gravitone scalare. Queste teorie sono intrinsecamente non lineari e non perturbative (e quindi difficili da studiare) e hanno ricevuto molta attenzione perché potrebbero fornire segnature osservative differenti dal modello LCDM negli esperimenti cosmologici. Mentre alcune di queste teorie sono vincolate dai risultati di LIGO/Virgo sulla velocità di propagazione delle OG, una vasta classe di esse -- che include in particolare teorie con auto interazioni nelle derivate -- rimane valida sotto l'ipotesi comunemente fatta che la generazione di OG si comporti come in RG su scale locali. Questa ipotesi si basa sulla (presunta) presenza di meccanismi di screening non lineari in queste teorie, che le rendono indistinguibili dalla RG in configurazioni quasi-statiche e sferiche. Il nostro lavoro ha mostrato per la prima volta che questi meccanismi di screening sono inefficaci nel mascherare deviazioni dalla RG in situazioni non quasistatiche. Più in dettaglio, abbiamo eseguito le prime simulazioni di relatività numerica 3+1 in queste teorie (per il collasso gravitazionale e per binarie di stelle di neutroni). Abbiamo scoperto che i futuri rilevatori di OG saranno in grado di rilevare piccole deviazioni a bassa frequenza dalle previsioni della RG, confermando o escludendo così un'origine di gravità modificata per l'Energia Oscura.
Staff strutturato:
- Enrico Barausse (responsabile) (SISSA)
- Mario Spera (SISSA)
- Ugo Niccolò di Carlo (SISSA)
Link al sito dell'esperimento TEONGRAV.
