Il professor Thomas Sotiriou del Centro di Gravità dell'Università di Nottingham e Andrea Maselli, ricercatore del GSSI e associato dell'INFN, insieme ai ricercatori della SISSA e de La Sapienza di Roma, hanno dimostrato l'accuratezza senza precedenti con cui le osservazioni delle onde gravitazionali da parte dell'interferometro spaziale LISA (Laser Interferometer Space Antenna), saranno in grado di rilevare nuovi campi fondamentali. La ricerca è stata pubblicata su Nature Astronomy.
In questo nuovo studio i ricercatori suggeriscono che LISA, il rivelatore di onde gravitazionali spaziali (GW) che dovrebbe essere lanciato dall'ESA nel 2037, aprirà nuove possibilità per l'esplorazione dell'Universo.
Il professor Thomas Sotiriou, direttore del Centro di gravità di Nottingham, spiega: "Nuovi campi fondamentali, e in particolare scalari, sono stati suggeriti in una varietà di scenari: come spiegazioni per la materia oscura, come causa dell'espansione accelerata dell'Universo, o come manifestazioni a bassa energia di una descrizione coerente e completa della gravità e delle particelle elementari. Ora abbiamo dimostrato che LISA offrirà capacità senza precedenti nel rilevamento di campi scalari e questo offre interessanti opportunità per testare questi scenari".
Le osservazioni di oggetti astrofisici con deboli campi gravitazionali e piccola curvatura spazio-temporale non hanno finora fornito alcuna prova di tali campi. Tuttavia, c'è motivo di aspettarsi che le deviazioni dalla Relatività Generale, o interazioni tra gravità e nuovi campi, saranno più prominenti a grandi curvature. Per questo motivo, il rilevamento di GW – che ha aperto una nuova finestra sul regime di gravità del campo forte – rappresenta un'opportunità unica per rilevare questi campi.
Extreme Mass Ratio Inspirals (EMRI) in cui un oggetto compatto di massa stellare, un buco nero o una stella di neutroni, si inspira in un buco nero fino a milioni di volte la massa del Sole, sono tra le fonti bersaglio di LISA e forniscono un'arena aurea per sondare il regime di gravità del campo forte. Il corpo più piccolo esegue decine di migliaia di cicli orbitali prima di immergersi nel buco nero supermassiccio e questo porta a lunghi segnali che possono permetterci di rilevare anche le più piccole deviazioni dalle previsioni della teoria di Einstein e del Modello Standard della Fisica delle Particelle.
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio per modellare il segnale e hanno eseguito per la prima volta una stima rigorosa della capacità di LISA di rilevare l'esistenza di campi scalari accoppiati con l'interazione gravitazionale e di misurare quanto campo scalare è trasportato dal piccolo corpo dell'EMRI. Sorprendentemente, questo approccio è agnostico rispetto alla teoria, poiché non dipende dall'origine della carica stessa o dalla natura del piccolo corpo. L'analisi mostra anche che tale misurazione può essere mappata a forti limiti sui parametri teorici che segnano le deviazioni dalla Relatività Generale o dal Modello Standard.
LISA sarà dedicata alla rilevazione di onde gravitazionali da fonti astrofisiche, opererà in una costellazione di tre satelliti, in orbita attorno al Sole a milioni di chilometri di distanza l'uno dall'altro. LISA osserverà le onde gravitazionali emesse a bassa frequenza, all'interno di una banda non disponibile per gli interferometri terrestri a causa del rumore ambientale. Lo spettro visibile per LISA permetterà di studiare nuove famiglie di sorgenti astrofisiche, diverse da quelle osservate da Virgo e LIGO, come le EMRI, aprendo una nuova finestra sull'evoluzione degli oggetti compatti in una grande varietà di ambienti del nostro Universo.
