Un osservatorio di onde gravitazionali sulla luna potrebbe 'sentire' il 70% dell'universo osservabile

L'astronomia delle onde gravitazionali è destinata a rivoluzionare la nostra comprensione del cosmo. In pochi anni ha notevolmente migliorato la nostra comprensione dei buchi neri, ma è ancora un campo scientifico nella sua giovinezza. Ciò significa che ci sono ancora gravi limitazioni a ciò che può essere osservato.

Attualmente, tutti gli osservatori gravitazionali sono basati sulla Terra. Ciò rende i rivelatori più facili da costruire e da mantenere, ma significa anche che gli osservatori sono afflitti dal rumore di fondo. Osservatori come LIGO e Virgo funzionano misurando lo spostamento della distanza tra gli specchi quando un'onda gravitazionale passa attraverso l'osservatorio. Questo spostamento è estremamente piccolo. Per specchi posti a 4 chilometri di distanza, lo spostamento è una semplice frazione della larghezza di un protone. Le vibrazioni di un camion che guida lungo una strada vicina sposteranno gli specchietti molto di più. Quindi LIGO e Virgo usano statistiche e modelli di fusioni di buchi neri per distinguere un segnale vero da uno falso.

Intervallo di osservazione teorico per GLOC. Credito: Jani, et al

A causa del rumore di fondo terrestre, gli attuali osservatori si concentrano sulle onde gravitazionali ad alta frequenza (10 – 1000 Hz) generate dalle fusioni di buchi neri. Si è discusso della costruzione di un osservatorio spaziale di onde gravitazionali, come LISA, che osserverebbe onde gravitazionali a bassa frequenza, come quelli generati dalla prima inflazione cosmica. Ma molte onde gravitazionali sono nella gamma intermedia. Per rilevarli, un recente studio propone di costruire un osservatorio di onde gravitazionali sulla Luna.

La Luna è stata a lungo un luogo ambito dagli astronomi. I telescopi ottici sulla Luna non soffrirebbero di sfocatura atmosferica e, a differenza dei telescopi spaziali come Hubble e Webb, non sarebbero limitati dalle dimensioni del tuo razzo di lancio. La maggior parte delle idee proposte sono state molto ipotetiche, ma mentre guardiamo a un ritorno umano sulla Luna nel prossimo decennio, stanno diventando sempre meno. Già la NASA sta studiando la costruzione di a radiotelescopio sulla lontana superficie lunare. Costruire un osservatorio lunare per le onde gravitazionali sarebbe molto più impegnativo, ma non impossibile.

Questo recente studio propone un Osservatorio Lunare di Onde Gravitazionali per la Cosmologia (GLOC). Piuttosto che preoccuparsi di come sarebbe costruito un tale osservatorio, lo studio si concentra invece sulla sensibilità e sui limiti osservativi di un tale osservatorio. Come ci si potrebbe aspettare, un osservatorio lunare non soffrirebbe delle vibrazioni di fondo che disturbano gli osservatori della Terra. Di conseguenza, potrebbe avere una linea di base quattro volte più lunga di LIGO. Ciò gli darebbe una gamma di frequenze delle onde gravitazionali a partire da un decimo di Hertz. Ciò consentirebbe di osservare qualsiasi cosa, dalle fusioni binarie di massa stellare a quelle dei buchi neri di massa intermedia.

Ma sarebbe anche in grado di osservare lo stesso tipo di fusioni di LIGO e Virgo a distanze molto maggiori. Distanze fino a che le onde gravitazionali sono diventate molto spostate verso il rosso. Se costruito, GLOC sarebbe in grado di utilizzare eventi di fusione distanti per misurare il tasso di espansione cosmica in miliardi di anni. Questo sarebbe forse il suo più grande potere perché ci permetterebbe di misurare il parametro di Hubble in gran parte della storia cosmica. Impareremmo finalmente se l'espansione cosmica fa parte della struttura dello spaziotempo, o se varia nel tempo e nello spazio.

Naturalmente, la proposta GLOC è puramente ipotetica a questo punto. Ci vorranno almeno decenni prima che saremo in grado di costruire un simile osservatorio. Ma questo studio mostra che la costruzione di un telescopio del genere varrebbe la pena.

Riferimento:Jani, Karan e Abraham Loeb. “ Osservatorio lunare di onde gravitazionali per la cosmologia . 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics2021.06 (2021): 044.