Effetto memoria gravitazionale
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senza effetto memoria |
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con effetto memoria |
| All'istante iniziale t0 le masse inerziali (in caduta libera) sono disposte in cerchio
sullo stesso piano. | |
L'effetto memoria gravitazionale è un cambiamento persistente della posizione relativa tra coppie di masse nello spazio che dovrebbe verificarsi a causa del passaggio di un'onda gravitazionale.[2] Il rilevamento sperimentale di un tale effetto sarebbe un'ulteriore conferma della teoria della relatività generale di Albert Einstein.[3]
Nel 2014 Andrew Strominger e Aleksandr Žiboedov hanno dimostrato che la formula relativa all'effetto memoria è la trasformata di Fourier nel tempo del teorema dei gravitoni molli di Weinberg.[4]
Effetto lineare e non lineare
modificaSono stati previsti due tipi di effetto memoria gravitazionale:[1][5][6] uno basato su un'approssimazione lineare delle equazioni di Einstein, proposto per la prima volta nel 1974 dagli scienziati russi Yakov Borisovič Zel'dovič e A. G. Polnarev,[2][7] poi sviluppato anche da V. B. Braginsky e L. P. Grishchuk,[2][8] e uno basato su un'approssimazione non lineare, noto come effetto memoria non lineare, proposto per la prima volta nel 1991 da Demetrios Christodoulou.[9]
L'effetto memoria non lineare potrebbe essere sfruttato per determinare l'inclinazione, rispetto a noi osservatori, del piano su cui si muovevano i due oggetti che si sono fusi e hanno generato le onde gravitazionali, rendendo più preciso il calcolo della loro distanza, in quanto l'ampiezza dell'onda ricevuta (ciò che sperimentalmente si misura) dipende dalla distanza della sorgente e dall'inclinazione suddetta rispetto a noi.[10]
Effetto memoria di spin gravitazionale
modificaNel 2016 è stato proposto un nuovo tipo di effetto memoria, indotto dalle onde gravitazionali su oggetti o raggi di luce che si muovono lungo traiettorie circolari perpendicolari alle onde e causato dal momento angolare delle onde stesse. Per questo è stato definito memoria di spin gravitazionale. Come nel caso precedente, anche questa memoria risulta essere una trasformata di Fourier nel tempo, ma in questo caso riguarda il termine di sviluppo successivo del teorema del gravitone molle.[11][12]
Rilevamento
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L'effetto dovrebbe, in teoria, essere rilevabile registrando i cambiamenti nella distanza tra coppie di oggetti in caduta libera nello spaziotempo prima e dopo il passaggio delle onde gravitazionali. Il rivelatore LISA, un'antenna gravitazionale spaziale il cui lancio è previsto per il 2034, dovrebbe rilevare facilmente l'effetto memoria. Invece il rilevamento tramite antenne terrestri già in funzione, come LIGO e VIRGO, è complicato da due fattori. In primo luogo, la frequenza di oscillazione a cui sono sensibili è al di sopra di quella richiesta per rilevare l'effetto. In secondo luogo, non sono basate su masse campione in caduta libera, per cui le loro parti tornerebbero alla posizione iniziale successivamente al passaggio delle onde gravitazionali.[1]. Tuttavia, poiché migliaia di eventi vengono registrati dai rivelatori terrestri, statisticamente, nel corso di diversi anni, i dati cumulativi potrebbero essere sufficienti per confermare l'esistenza dell'effetto.[13]
Note
modifica- ^ a b c Marc Favata, vol. 27, 21 aprile 2010, DOI:10.1088/0264-9381/27/8/084036, ISSN 0264-9381, arXiv:1003.3486, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0264-9381/27/8/084036.
- ^ a b c G. W. Gibbons, The gravitational memory effect: what it is and why Stephen and I did not discover it Gravity and Black Holes (PDF), su ctc.cam.ac.uk, luglio 2017.
- ^ (EN) ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Astronomers search for gravitational-wave memory, su phys.org, 4 febbraio 2020. URL consultato il 31 luglio 2020.
- ^ Andrew Strominger e Alexander Zhiboedov, Gravitational Memory, BMS Supertranslations and Soft Theorems, in arxiv.org, 2014, DOI:10.48550/arXiv.1411.5745.
- ^ Marc Favata, Gravitational-wave memory: an overview (PDF), su phy.olemiss.edu.
- ^ Charles Choi, Gravitational Waves May Permanently Alter Spacetime, su pbs.org, 12 ottobre 2016. URL consultato il 9 dicembre 2021.
- ^ Ya. B. Zel’dovich and A. G. Polnarev, “Radiation of gravitational waves by a cluster of superdense stars,” Astron. Zh. 51, 30 (1974) [Sov. Astron. 18 17(1974)].
- ^ V B Braginsky and L P Grishchuk, Kinematic resonance and the memory effect in free mass gravitational antennas, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 89 744-750 (1985) [Sov.Phys. JETP 62, 427 (1985)].
- ^ (EN) Demetrios Christodoulou, Nonlinear nature of gravitation and gravitational-wave experiments, vol. 67, 16 settembre 1991, DOI:10.1103/PhysRevLett.67.1486, ISSN 0031-9007, PMID 10044168.
- ^ Xu, Yumeng, Maria Rosselló-Sastre e Shubhanshu Tiwari, Enhancing Gravitational Wave Parameter Estimation with Non-Linear Memory: Breaking the Distance-Inclination Degeneracy, marzo 2024.
- ^ La formula del teorema del gravitone molle è basata su uno sviluppo in serie di Laurent. Weinberg si è limitato al primo termine di ordine -1.
- ^ (EN) Sabrina Pasterski, Andrew Strominger e Alexander Zhiboedov, New gravitational memories, in Journal of High Energy Physics, vol. 2016, n. 12, 14 dicembre 2016, pp. 53, DOI:10.1007/JHEP12(2016)053. URL consultato il 31 luglio 2023.
- ^ (EN) Katie McCormick, Gravitational Waves Should Permanently Distort Space-Time, in www.quantamagazine.org.
Voci correlate
modificaCollegamenti esterni
modifica- Gravitational-wave memory: an overview di Marc Favata
- La memoria delle onde gravitazionali potrebbe dimostrare che Einstein si sbagliava?, su Le Scienze, 11 aprile 2024. URL consultato il 12 aprile 2024.
- La memoria delle onde gravitazionali potrebbe svelare le simmetrie più intime dell'universo, su Le Scienze, 27 giugno 2024. URL consultato il 28 giugno 2024.
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