Immaginate di poter ascoltare il battito del cuore dell'Universo, un ritmo ancestrale che risuona attraverso miliardi di anni luce. Grazie a quasi cinque anni di osservazioni con il radiotelescopio sudafricano MeerKAT, un gruppo internazionale di ricercatori ha fatto proprio questo: ha captato il "ronzio" cosmico delle onde gravitazionali a bassissima frequenza, ottenendo la mappa più dettagliata mai realizzata di queste increspature nello spazio-tempo.
La collaborazione MeerKAT Pulsar Timing Array (MPTA) ha annunciato una scoperta che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell'Universo. Hanno trovato forti evidenze dell'esistenza di un fondo cosmico di onde gravitazionali con frequenze estremamente basse, nell'ordine dei nanoHertz. Questo segnale è ritenuto derivare da una popolazione di coppie di buchi neri supermassicci che, spiraleggiando lentamente l'uno attorno all'altro, emettono queste onde gravitazionali sottili e persistenti.
Ma come è possibile captare queste onde così elusive? Il segreto risiede nelle pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione che emettono fasci di onde radio, come fari cosmici.
Queste stelle sono veri e propri orologi naturali: ruotano con una precisione straordinaria, inviando impulsi radio a intervalli regolari. Quando un'onda gravitazionale attraversa lo spazio tra una pulsar e la Terra, distorce leggermente il tessuto dello spazio-tempo, causando minuscole variazioni nel tempo di arrivo degli impulsi.
Utilizzando il radiotelescopio MeerKAT, uno degli strumenti più sensibili al mondo, gli scienziati hanno monitorato decine di pulsar con una precisione che raggiunge le decine di nanosecondi. "Siamo fortunati che la natura ci abbia fornito orologi così precisi distribuiti in tutta la nostra galassia", spiega Kathrin Grunthal, ricercatrice del Max-Planck-Institut für Radioastronomie e prima autrice di uno degli articoli pubblicati. "Utilizzando MeerKAT, possiamo cercare nel loro comportamento minuscoli cambiamenti causati dalle onde gravitazionali che risuonano attraverso l'Universo".
Questa ricerca rappresenta un passo fondamentale nella nuova era dell'astronomia delle onde gravitazionali. Finora, le onde gravitazionali erano state rilevate da eventi catastrofici e di breve durata, come la fusione di buchi neri o stelle di neutroni. Ma il fondo cosmico di onde gravitazionali è come un coro sommesso e costante, prodotto da processi che avvengono su scale temporali immense.
"Studiare il ronzio delle onde gravitazionali ci permette di sintonizzarci sugli echi di eventi cosmici avvenuti nel corso di miliardi di anni", afferma Matthew Miles, ricercatore di OzGrav e della Swinburne University of Technology. "È come ascoltare il sottofondo di una sinfonia cosmica, dove ogni nota ci racconta qualcosa sulla formazione e l'evoluzione delle strutture più massicce dell'Universo".
Questa scoperta non solo conferma l'esistenza del fondo cosmico di onde gravitazionali, ma apre nuove prospettive per la comprensione dei buchi neri supermassicci e del ruolo che hanno giocato nella storia cosmica. "Rivelare onde gravitazionali a frequenze nell'ordine dei nanoHertz ci permetterà non solo di cercare sistemi binari formati da buchi neri supermassicci, ma anche di aprire una finestra sulle fasi più antiche della formazione dell'Universo", approfondisce Golam Shaifullah, ricercatore dell'Università degli Studi di Milano-Bicocca.
Il contributo italiano a questa impresa è stato significativo, con ricercatrici e ricercatori dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell'Università di Milano-Bicocca coinvolti nel progetto. "Grazie alle caratteristiche di MeerKAT, MPTA costituisce il più potente rivelatore di onde gravitazionali di frequenza ultra bassa nell'intero emisfero australe", sottolinea Federico Abbate, ricercatore dell'INAF di Cagliari.
Ma come tutte le grandi scoperte scientifiche, questo è solo l'inizio. Ci sono ancora molte sfide da affrontare. "Comprendere e modellare il rumore di fondo che affligge il segnale delle pulsar, causato dagli effetti del gas ionizzato interposto tra le stelle, la Terra e il Sole, è l’elemento chiave per confermare definitivamente i risultati", spiega Caterina Tiburzi, ricercatrice dell'INAF di Cagliari. "I nuovi ricevitori a bassa frequenza di MeerKAT saranno strumenti straordinari per questo scopo".
A 18 mesi dalla prima serie di pubblicazioni da parte di altri tre esperimenti internazionali, tra cui l'European Pulsar Timing Array (EPTA), questi nuovi risultati consolidano l'idea che stiamo entrando in una nuova era dell'astronomia. Un'era in cui possiamo non solo osservare l'Universo attraverso la luce, ma anche "ascoltarlo" attraverso le onde gravitazionali, ottenendo una visione più completa e profonda della realtà cosmica.
"Questo è un momento cruciale, che dimostra come la collaborazione internazionale negli esperimenti di tipo Pulsar Timing Array spalancherà infine le porte dell'astronomia delle onde gravitazionali di frequenza ultra bassa", conclude Andrea Possenti, dell'INAF di Cagliari.
In definitiva, ciò che emerge da questa straordinaria ricerca è un'immagine dell'Universo come di un'immensa orchestra, in cui ogni elemento, dalle stelle alle galassie, contribuisce a una sinfonia cosmica. E noi, grazie a strumenti come MeerKAT e alla dedizione degli scienziati di tutto il mondo, stiamo imparando a leggere lo spartito di questa musica celeste, avvicinandoci sempre di più ai misteri profondi del cosmo.