Uno studio pluriennale sulle stelle estreme ha dimostrato che Einstein ha ancora ragione

Nel corso di 16 anni, utilizzando i dati di sette telescopi sparsi in tutto il mondo, un team internazionale di astronomi ha osservato la coppia di pulsar, denominata PSR J0737-3039A / B, scoprendo che gli effetti relativistici possono essere misurati nella tempistica dei loro impulsi. Questa è la prima volta che questi effetti sono stati osservati.

“Abbiamo studiato un sistema di stelle compatte che è un laboratorio senza rivali per testare le teorie gravitazionali in presenza di campi gravitazionali molto forti”, ha affermato l’astronomo e astrofisico Michael Kramer del Max Planck Institute for Radio Astronomy in Germania, che ha guidato la ricerca.

“Con nostra grande gioia siamo stati in grado di testare una pietra miliare della teoria di Einstein, l’energia trasportata dalle onde gravitazionali, con una precisione che è 25 volte migliore rispetto alla pulsar Hulse-Taylor vincitrice del premio Nobel, e 1.000 volte migliore di quanto attualmente possibile con i rilevatori di onde gravitazionali”.

Le pulsar sono probabilmente le stelle più utili nel cielo. Sono un tipo di stella di neutroni, molto piccole e dense, fino a 20 chilometri di diametro e fino a circa 2,4 volte la massa del Sole. Hanno fasci di radiazione in lunghezze d’onda radio che sparano dai loro poli e sono orientati in modo tale che questi fasci lampeggino come un faro mentre la stella ruota, a velocità che arrivano fino al millisecondo.

Questi lampi sono incredibilmente cronometrici, potrebbero per questo essere per noi le stelle più utili dell’Universo. Le variazioni nella loro temporizzazione possono essere utilizzate per la navigazione, per sondare il mezzo interstellare e per studiare la gravità. PSR J0737−3039A/B, scoperta nel 2003, situata a circa 2.400 anni luce di distanza, e l’unica doppia pulsar identificata fino ad oggi e rappresenta quindi una nuova opportunità di studio: quello che i ricercatori hanno definito un “laboratorio senza rivali” per testare le teorie gravitazionali.

Le due pulsar sono molto vicine tra loro, completando un’orbita ogni 147 minuti. Una delle due pulsar uota abbastanza velocemente, 44 volte al secondo. L’altra è più giovane e più lenta, ruotando una volta ogni 2,8 secondi. Ma poiché questi oggetti sono così densi, i loro campi gravitazionali sono molto forti, il che significa che possono influenzare i tempi e l’angolo degli impulsi l’uno dell’altro.

“Seguiamo la propagazione dei fotoni radio emessi da un faro cosmico, una pulsar, e tracciamo il loro movimento nel forte campo gravitazionale di una pulsar compagna”, ha spiegato l’astrofisica Ingrid Stairs dell’Università della British Columbia in Canada. “Vediamo per la prima volta come la luce non solo sia ritardata a causa di una forte curvatura dello spazio-tempo intorno alla compagna, ma anche che la luce sia deviata di un piccolo angolo di 0,04 gradi che possiamo rilevare. Mai prima d’ora un tale esperimento è stato condotto a una curvatura spazio-temporale così elevata”.

In totale, i ricercatori hanno eseguito sette test di relatività generale, tra cui il modo in cui cambia l’orientamento dell’orbita del binario, noto come precessione absidale, e il modo in cui le pulsar trascinano lo spazio-tempo con loro mentre ruotano, chiamato frame-dragging o effetto Lense-Thirring. Ciò ha permesso un tracciamento di precisione della temporizzazione della pulsar. “Oltre alle onde gravitazionali e alla propagazione della luce, la nostra precisione ci consente anche di misurare l’effetto della “dilatazione del tempo” che rende gli orologi più lenti nei campi gravitazionali”, spiega l’astrofisico Dick Manchester del CSIRO in Australia.

I risultati si uniscono a un crescente corpo di misurazioni ad alta precisione degli effetti relativistici che tutti, finora, concordano con le previsioni di Einstein. Lo spazio-tempo intorno al buco nero supermassiccio M87*, il modo in cui le stelle orbitano attorno al buco nero supermassiccio centrale della Via Lattea, i tempi degli orologi atomici, un sistema a tripla stella e 14 anni di osservazioni di una pulsar traballante, sono tutti coerenti con la relatività generale.

“La relatività generale non è compatibile con le altre forze fondamentali, descritte dalla meccanica quantistica. È quindi importante continuare a fare test il più severi possibili sulla relatività generale, per scoprire come e quando la teoria si rompe”, spiega l’astrofisico Robert Ferdman dell’Università dell’East Anglia nel Regno Unito.

“Trovare qualsiasi deviazione dalla relatività generale costituirebbe una scoperta importante che aprirebbe una finestra sulla nuova fisica al di là della nostra attuale comprensione teorica dell’Universo. E potrebbe aiutarci a scoprire alla fine una teoria unificata delle forze fondamentali della natura”.

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