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Nuovo tipo di rilevatore di onde gravitazionali per trovare buchi neri delle dimensioni di una pallina da tennis

Un nuovo tipo di rilevatore di onde gravitazionali trova buchi neri delle dimensioni di una pallina da tennis direttamente dal Big Bang.

“La scoperta dei buchi neri primordiali apre nuove strade alla comprensione dell’origine dell’universo, perché si suppone che questi buchi neri ancora ipotetici si siano formati solo poche frazioni di secondo dopo il Big Bang. Il loro studio è di grande interesse per la ricerca in fisica teorica e cosmologia, perché possono spiegare in particolare l’origine della materia oscura nell’universo. Puoi vedere le stelle negli occhi dei membri del team guidato dal professor Fozfa, un astrofisico di Unamore, quando parlano delle loro prospettive di ricerca. Questo progetto è il risultato di una collaborazione senza precedenti tra UNamur e ULB, a cui ENS si è aggiunto grazie alla partecipazione dello studente stagista Léonard Lehoucq.

L’idea era quella di combinare l’esperienza di UNamur nel campo delle antenne ad onde gravitazionali, un’idea che il Prof. Vozva ha ottenuto nel 2018 e studiato da Nicholas Hermann come parte del suo dottorato di ricerca, con l’esperienza di ULB nel fiorente campo dei buchi neri primordiali, dove il Prof. Claes è uno dei protagonisti. Hanno appena sviluppato un’applicazione di questo tipo di rivelatore per osservare “piccoli” buchi neri primordiali. I loro risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista revisione fisica d. Ad oggi, questi buchi neri primordiali sono ancora ipotetici, perché è difficile distinguere tra un buco nero causato dall’esplosione interna di uno starburst e un buco nero primordiale. Il team di ricercatori afferma che riuscire a osservare buchi neri ancora più piccoli, che hanno la massa di un pianeta ma di appena qualche centimetro, farà la differenza. Continuano: “Stiamo offrendo agli sperimentatori un dispositivo in grado di rilevarli, catturando le onde gravitazionali che emettono durante la fusione che sono di frequenze molto più alte di quelle attualmente disponibili”.

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Ma cos’è la tecnologia? Una “antenna” ad onde gravitazionali costituita da una definita cavità metallica opportunamente immersa in un forte campo magnetico esterno. Quando l’onda gravitazionale attraversa il campo magnetico, genera onde elettromagnetiche nella cavità. In qualche modo, l’onda gravitazionale fa “sibilare” (eco) la cavità, non con il suono ma con le microonde.

Questo tipo di strumento, di pochi metri, sarebbe sufficiente per rilevare la fusione di piccoli buchi neri primordiali a milioni di anni luce dalla Terra. È più compatto dei rivelatori comunemente usati (interferometri LIGO, Virgo, KAGRA) che sono lunghi diversi chilometri. Il metodo di rilevamento lo rende sensibile alle onde gravitazionali ad alta frequenza (dell’ordine di 100 MHz, rispetto a 10-1000 Hz per LIGO/Virgo/Kagra), che non sono prodotte da normali sorgenti astrofisiche come stelle di fusione, stelle di neutroni o stelle buchi neri.

D’altra parte, è ideale per rilevare piccoli buchi neri, dove la massa e le dimensioni di un pianeta vanno da una pallina a una pallina da tennis. La nostra proposta di rivelatori combina tecnologie di uso quotidiano ben padroneggiate come magnetron nei forni a microonde, magneti per imaging a risonanza magnetica e antenne radio. Ma non separare immediatamente i tuoi elettrodomestici per iniziare l’avventura: leggi prima il nostro articolo, quindi ordina la tua attrezzatura, comprendi il dispositivo e il segnale che ti aspetta all’uscita “, affermano i ricercatori con una risata.

Questa tecnologia brevettata è attualmente in fase avanzata di modellazione teorica, ma contiene tutti gli elementi necessari per entrare in una fase più realistica, con la costruzione di un prototipo. In ogni caso, pone le basi per una ricerca fondamentale sulle origini del nostro universo. Oltre ai buchi neri primordiali, questo tipo di rivelatore può anche rilevare direttamente le onde gravitazionali emesse al momento del Big Bang, e quindi rilevare la fisica a energie molto più alte di quelle raggiunte con gli acceleratori di particelle.

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Riferimento: 22 giugno 2021, revisione fisica d.