Le pulsar: una fonte inesauribile di informazioni per gli scienziati

NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al.

Le pulsar, stelle di neutroni superdense, sono forse i più straordinari laboratori di fisica dell’Universo.

I ricercatori ora sono intenti ad esplorarne i dettagli, per verificare la relatività generale in condizioni di gravità estremamente forte, e per rilevare direttamente le onde gravitazionali con un “telescopio” quasi le dimensioni della nostra Galassia.

Le stelle di neutroni, o pulsar,  sono i resti di stelle esplose come supernovae. Hanno una massa come quella del Sole in una sfera non più grande di una città di medie dimensioni: questo le rende gli oggetti più densi dell’Universo, ad eccezione dei buchi neri, per i quali il concetto di densità è teoricamente irrilevante. Le pulsar sono stelle di neutroni che emettono fasci di onde radio dai poli verso l’esterno dei loro campi magnetici. Questi vengono rilevati dai radiotelescopi sulla Terra.

Per misurare con precisione i tempi di tali impulsi, gli astronomi hanno creato  “esperimenti” alle frontiere della fisica moderna. Tre scienziati hanno presentato i risultati di questo lavoro con la promessa di future scoperte, presso l’ American Association for the Advancement of Science meeting in Vancouver, British Columbia.

Albert Einstein pubblicò la sua teoria della Relatività Generale nel 1916, e la sua descrizione della natura della gravità ha, finora, resistito a numerose prove sperimentali. Tuttavia, ci sono teorie alternative che si candidano a sostituirla o integrarla.

“Molte di queste teorie alternative di possono prevedere bene il comportamento all’interno del nostro Sistema Solare. Un settore in cui si differenziano, però, è nell’ambiente estremamente denso di una stella di neutroni”, ha detto Ingrid Stairs, dell’Università della British Columbia.

In alcune teorie alternative, il comportamento della gravità dovrebbe variare in base alla struttura interna della stella di neutroni.

“Cronometrando con attenzione gli impulsi delle pulsar, siamo in grado di misurare con precisione le proprietà delle stelle di neutroni. La serie di osservazioni hanno mostrato che i movimenti delle pulsar non dipendono dalla loro struttura, ciò che sembrava già certo nella teoria dell relatività generale”, ha spiegato Scale.

Recenti ricerche sulle pulsar binarie in sistemi con stelle di neutroni, e in un caso, con un’altra pulsar, offrono prove della Relatività Generale in una gravità molto forte.

Un’altra previsione della relatività generale è che i movimenti di masse nell’Universo dovrebbero causare perturbazioni dello spazio-tempo sotto forma di onde gravitazionali. Queste onde devono ancora essere rilevate direttamente, ma lo studio delle pulsar nei sistemi binari di stelle hanno dato prove indirette della loro esistenza. Questo lavoro ha vinto il premio Nobel nel 1993.

Ora, gli astronomi stanno usando tutte le pulsar della nostra galassia, la Via Lattea, come un gigantesco strumento scientifico per individuare direttamente le onde gravitazionali.

“Le pulsar sono orologi talmente precisi che possiamo utilizzarle per rilevare le onde gravitazionali in una gamma di frequenza alla quale nessun altro esperimento sarà sensibile”, ha detto Benjamin Stappers, dell’Università di Manchester nel Regno Unito.

Cronometrando gli impulsi provenienti da pulsar all’interno della nostra Galassia, gli astronomi sperano di misurare le variazioni causate dal passaggio delle onde gravitazionali. Gli scienziati sperano che tali matrici siano in grado di rilevare le onde gravitazionali provocate dai movimenti di coppie di buchi neri supermassicci nell’universo primordiale, stringhe cosmiche, ed eventualmente di altri eventi nei primi secondi dopo il Big Bang.

“Al momento, possiamo solo porre dei limiti sull’esistenza delle onde a bassissima frequenza che stiamo cercando, ma con l’espansione pianificata e i nuovi telescopi, speriamo in una rilevazione diretta entro il prossimo decennio”, ha detto Stappers.

Con la densità molte volte superiore a quella dei nuclei atomici, le pulsar sono laboratori unici per la fisica nucleare. I dettagli della fisica di questi oggetti densi non sono noti.

“Per misurare le masse delle stelle di neutroni, possiamo mettere vincoli sulla loro fisica interna”, ha affermato Scott Ransom del National Radio Astronomy Observatory. “Solo negli ultimi tre o quattro anni, abbiamo trovato diverse stelle di neutroni massicce che, a causa delle loro grandi masse, lascerebbero escludere alcune ipotesi su ciò che sta succedendo al centro delle stelle di neutroni,” ha affermato Ransom.

Altre misurazioni saranno necessarie. “I teorici, quando forniremo loro nuovi dati, ottimizzeranno i loro modelli per spiegare quello che abbiamo trovato”, ha dichiarato Ransom.