Colpi di tosse da un “wormhole”


Le attuali antenne per onde gravitazionali potrebbero rivelare l’emersione di un buco nero da uno di questi ipotetici passaggi spaziotemporali e il segnale prodotto avrebbe una forma caratteristica, invertita rispetto a quella dei classici merging.


Le quattro grandi antenne gravitazionali LIGO, Virgo e Kagra sono ormai ferme da 4 mesi e adesso il loro potenziamento, come pure l’analisi dei dati registrati, procede. Finora, tutti gli eventi osservati e su cui si sono sono concentrati i lavori scientifici riguardano fenomeni di collisione tra oggetti collassati (buchi neri e stelle di neutroni) ma, secondo un nuovo studio, c’è un’altra categoria di oggetti che potrebbe generare grandi quantità di onde gravitazionali potenzialmente rivelabili da queste antenne, i celebri “wormholes”, ammesso che esistano!

Ricordiamo infatti che i wormholes sono oggetti puramente speculativi e mai osservati. Essi sono singolarità dello spaziotempo, immaginabili come tunnel o “ponti di Einstein-Rosen” che connettono tra loro regioni anche molto lontane del nostro universo (sia in senso spaziale che temporale), oppure addirittura regioni di due universi differenti. Il film “Interstellar” li ha resi famosi, dato che il protagonista ne attraversa uno più volte. Essi richiedono, per poter esistere stabilmente, l’esistenza di forme di “materia esotica” mai osservata e con massa negativa; la loro esistenza è stata invocata per studiare vari fenomeni, tra cui i “Gamma ray Burst” e anche l’onda gravitazionale anomala S190521g.

In un articolo uscito su ArXiv e scritto da quattro ricercatori americani (uno di essi, Gabella, come spesso avviene indica origini italiane), si prende in considerazione l’eventualità che, nella regione di universo in cui ci troviamo, un “wormhole” possa ingoiare un buco nero e “sputarlo” in un altro universo; il processo sarebbe per certi versi simile a un merging invertito nel tempo, con il buco nero che emerge allontanandosi in una spirale sempre più ampia ed emettendo onde gravitazionali di frequenza e intensità decrescente, una sorta di “anti-chirp”. Gli autori, nel titolo, fanno anche un gioco di parole parlando di “suono per schiarirsi la gola” con riferimento al termine “gola” normalmente utilizzato per indicare appunto l’imboccatura del wormhole.

L’idea di rivelare un simile fenomeno tramite onde gravitazionali non è nuova e ci lavorò anche Wheeler negli anni ’50. Qui gli autori prendono in considerazione un “wormhole lorentziano” di tipo attraversabile, che connette due universi approssimativamente piatti. L’imboccatura o “gola” del wormhole deve essere abbastanza ampia da consentire il passaggio del buco nero e infatti gli autori considerano un Wormhole con “massa equivalente” di 200 masse solari, attraversato da un buco nero di 5 masse solari.

A sinistra, la geometria dello spaziotempo nei pressi del wormhole e la traiettoria del buco nero (linea nera continua) che spiraleggiando dal suo universo (porzione superiore), lo attraversa e percorre un paio di mezze orbite (“petali”) nell’altro universo (porzione inferiore, linee tratteggiate). – A destra, la situazione “vista dall’alto” ovvero nello “spazio fisico” (solo le coordinate X e Y).

A questo punto gli autori calcolano che tipo di segnale verrebbe osservato, nell’ipotesi che il wormhole si trovi a 500 Mpc da noi (circa 1,6 miliardi di anni luce). Il risultato, riportato qui sotto, indica che potrebbe essere rivelato dalle antenne Advanced LIGO con un rapporto segnale/rumore pari a 6, non forte ma distinguibile; invece con un rivelatore di terza generazione come il Cosmic Explorer, molto più sensibile, il rapporto S/N salirebbe ad un fantastico 460 e questo ci permetterebbe di studiare in dettaglio il fenomeno.

L’intensità (strain) del segnale generato dal buco nero che ‘attraversa il wormhole (a destra); la linea continua e quella tratteggiata corrispondono a due diverse polarizzazioni dell’onda gravitazionale mentre i tratti in grigio (“gaps”) corrispondono all’uscita momentanea del buco nero dal nostro universo e gli autori accennano alla possibilità che contengano segnali dall’altro universo.

L’oscillazione del buco nero tra il nostro e l’altro universo produrrebbe un segnale caratteristico con interruzioni e anche tratti di frequenza decrescente, cosa impossibile da produrre durante un merging tra due corpi collassati. Gli autori sottolineano che questo studio iniziale richiede ulteriori approfondimenti, dal momento che non sono stati ancora presi in considerazione i wormhole rotanti o binari, che potrebbero essere invece importanti.

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