Un sistema ternario per testare il Principio di Equivalenza

La scoperta di una pulsar con un sistema binario di stelle orbitanti è un’ottima occasione per testare il noto principio di equivalenza di Einstein, una delle “previsioni” fondamentali della Relatività Generale. A sostenerlo è una ricerca appena pubblicata su Nature (A millisecond pulsar in a stellar triple system).

Per la Relatività Generale la gravità è una forza molto democratica: accelera allo stesso modo tutti gli oggetti indipendentemente dal loro peso, forma o composizione. Nel 1971, grazie alla missione Apollo 15, si è avuta la prima prova empirica di questa legge: si racconta che l’astronauta Dave Scott abbia fatto cadere sulla superficie lunare un martello e una piuma di falco, ed entrambe hanno raggiunto il suolo, contemporaneamente. 

Ma il principio di equivalenza dice di più: afferma, infatti, che la gravità è in grado di esercitare lo stesso grado di accelerazione anche sui corpi che oppongono resistenza mediante il loro campo gravitazionale (una specie di auto-gravità, un brutto termine ma che rende bene l’idea, e che tecnicamente si chiama “Nordtvedt effect”). Ed è semplice capire come un sistema ternario come quello appena scoperto possa essere un banco di prova davvero privilegiato per il principio einsteiniano. 

(Photocredit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF).

Fino ad oggi è stato il “sistema” Terra-Luna ad offrirci le informazioni più dettagliate in merito, benché – come sostiene Scott Ransom del National Radio Astronomy Observatory a Charlottesville, Virginia – il problema più spinoso sia dato dal fatto che, all’interno del nostro sistema solare, nessun corpo ha una auto-gravità così forte da poter mettere idealmente in crisi il principio di equivalenza. Per questo motivo una pulsar è l’oggetto ideale: essendo, infatti, in media più massiccia del Sole di un buon 50%, la sua gravità è così forte da tenere agganciata la stella che le orbita intorno. E se le stelle orbitanti sono più di una è possibile misurare con esattezza la sua forza e confrontarla con i parametri derivanti dall’applicazione del principio di equivalenza ad un sistema ternario qualsiasi.

La gravità nei sistemi ternari. Ora, Scott Ransom e colleghi hanno scoperto una pulsar, battezzata PSR J0337 + 1715 che metterà Einstein alla prova. Le pulsar sono note per le vorticose rotazioni ma questa, che si trova 4200 anni luce di distanza nella costellazione del Toro, gira ancora più rapidamente: ad ogni secondo corrispondono 365,953363096 giri. Conoscendo il suo periodo con incredibile precisione, è stato possibile usare la pulsar come un orologio e registrare il loro arrivo sulla Terra. La scoperta è stata sorprendente: alcuni impulsi ci arrivano in ritardo proprio a causa dell’enorme attrazione causata dalla gravità delle due stelle orbitanti, due nane bianche che prese singolarmente non hanno un campo gravitazionale nemmeno paragonabile a quello di una pulsar.

La pulsar e la nana bianca più interna possono essere pensate come il martello e la piuma di falco nelle mani dell’astronauta Dave Scott: entrambe “cadono” nel campo gravitazionale della nana bianca dall’orbita più esterna. Anche se la pulsar ha una auto-gravità molto maggiore, il principio di equivalenza le vincola ad avere lo stesso comportamento. Il team di Scott Ransom sta registrando accuratamente tutti i dati in arrivo e molto presto sarà possibile avere un test sufficientemente accurato per il principio di equivalenza.

Fino ad ora la teoria di Einstein ha superato ogni test, “ma la relatività generale non è probabilmente l’ultima parola sulla gravità, poiché non si inserisce bene nel quadro teorico della meccanica quantistica. Così alla fine, in qualche angolo buio e profondo dello spazio forse troveremo dei parametri che faranno progredire le nostre conoscenze, scoprendo magari qualcosa di nuovo che Einstein non dice. Noi non lo sappiamo ancora”, conclude Scott Ransom.