Teoria della gravità di Einstein passa prova ancora più dura: bizarro sistema stellare binario spinge studio della relatività a nuovi limiti

Impressione di questo artista mostra il doppio oggetto esotico che si compone di una piccola stella di neutroni, ma molto pesante che ruota 25 volte al secondo, orbitava ogni due ore e mezza da una stella nana bianca. La stella di neutroni è una pulsar, denominata PSR J0348 0432 che sta dando via onde radio che possono essere raccolti sulla Terra dai radiotelescopi. Anche se questa coppia insolita è molto interessante di per sé, ma è anche un laboratorio unico per testare i limiti delle teorie fisiche. Credit: ESO

Una strana coppia stellare a circa 7.000 anni luce dalla Terra, ha fornito ai fisici  un laboratorio cosmico unico  per studiare la natura della gravità. La fortissima gravità di una stella di neutroni in orbita con una compagna nana bianca mette teorie concorrenti sulla gravità per  test più rigorosi di qualsiasi disponibili prima.

Ancora una volta, la  teoria della relatività generale di di Albert Einstein, pubblicata nel 1915 viene richiamata all’attenzione dei fisici.

Ad un certo punto, però, gli scienziati si aspettano un modello di Einstein per essere valido in condizioni estreme. La Relatività Generale, per esempio, è incompatibile con la teoria quantistica . I fisici sperano di trovare una descrizione alternativa di gravità che elimina tale incompatibilità.

Una scoperta recente di una pulsar, una stella di neutroni rotante con due volte la massa del Sole e la  sua compagna nana bianca, in orbita intorno a vicenda una volta ogni due ore e mezza, ha messo le teorie gravitazionali per la prova ancora più estrema. Osservazioni del sistema, chiamato PSR J0348 0432, ha prodotto risultati coerenti con le previsioni della relatività generale.

La coppia strettamente orbitante è stata scoperta con il telescopio di Green Bank della National Science Foundation (GBT), e successivamente è studiato in luce visibile con il telescopio Apache Point nel Nuovo Messico, il Very Large Telescope in Cile, e l’Herschel Telescope William nelle isole Canarie . Ampie osservazioni radio con il telescopio di Arecibo a Puerto Rico e il telescopio Effelsberg in Germania hanno prodotto dati vitali su sottili cambiamenti nell’orbita della coppia.

In un tale sistema, il decadimento orbitale e le onde gravitazionali che vengono emesse, portando energia dal sistema. In questo sistema c’è molto da misurare con precisione il tempo di arrivo di impulsi radio della pulsar per un lungo periodo di tempo, gli astronomi possono determinare la velocità di decadimento e la quantità di radiazione gravitazionale emessa. La grande massa della stella di neutroni nel PSR J0348 0432, la vicinanza della sua orbita con la sua compagna, e il fatto che la compagna nana bianca  è compatta, ma non un’altra stella di neutroni, il tutto rende il sistema un’opportunità senza precedenti per testare le teorie alternative alla gravità.

Nelle condizioni estreme di questo sistema, alcuni scienziati ritenevano che le equazioni della relatività generale potrebbero non prevedere con precisione la quantità di radiazione gravitazionale emessa, e quindi modificare la velocità di decadimento orbitale. Teorie gravitazionali concorrenti , hanno pensato, potrebbe rivelarsi più precisa in questo sistema.

Stella superdensa di neutroni, che emette fasci di onde radio come una pulsar, al centro, è strettamente accoppiata con una stella nana bianca compatta. Insieme, le due stelle forniscono ai fisici un inedito  “laboratorio cosmico” naturale per studiare la natura della gravità. La griglia di sfondo illustra le distorsioni di spazio-tempo causato dall’effetto gravitazionale dei due oggetti. Credit: Antoniadis, et al.

“Abbiamo pensato che questo sistema potrebbe essere abbastanza estremo per mostrare nella ripartizione della Relatività Generale , ma, invece, le previsioni di Einstein hanno retto abbastanza bene “, ha detto Paulo Freire, del Max Planck Institute per la Radioastronomia in Germania.

Questa è una buona notizia, dicono gli scienziati, i ricercatori sperano di fare la prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali con strumenti avanzati. I ricercatori che utilizzano tali strumenti sperano di rilevare le onde gravitazionali emesse da tali coppie dense come stelle di neutroni e buchi neri a spirale nelle collisioni violente verso l’interno.

Le onde gravitazionali sono estremamente difficili da rilevare e anche con i migliori strumenti, i fisici si aspettano che avranno bisogno di conoscere le caratteristiche delle onde che cercano, che saranno sepolte nel “rumore” dei loro rivelatori. Conoscere le caratteristiche delle onde che cercano, permetterà loro di estrarre il segnale da quel rumore.

“I nostri risultati indicano che le tecniche di filtraggio previste per tali strumenti avanzati restano validi”, ha detto Ryan Lynch, della McGill University.

Freire e Lynch hanno lavorato con un grande gruppo internazionale di ricercatori. Essi hanno riportato i loro risultati sulla rivista Science .

Di Dave Finley

Fonte: http://phys.org/news/2013-04-einstein-gravity-theory-toughest-bizarre.html

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