Relatività al limite confermata in un sistema stellare binario

Un team internazionale di astronomi studiando una coppia di stelle ha testato la teoria della relatività in una situazione estrema. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science.

“La coppia insolita di stelle è molto interessante in sé, ma abbiamo scoperto che è anche un laboratorio unico per testare i limiti di una delle nostre teorie fisiche fondamentali, la relatività generale”, ha spiegato professore di Astronomia  Marten van Kerkwijk dell’ Università di Toronto, membro del gruppo di ricerca.

Crediti: ESO/L. Calçada

Ciò che rende la coppia di stelle eccezionale sono le caratteristiche uniche di ognuna di esse e la loro stretta vicinanza l’una con l’altra . Uno è una piccola ma insolitamente pesante stella di neutroni – una delle più massicce confermate fino ad oggi. Si chiama PSR J0348 0432, è il residuo di una supernova, ed è due volte più pesante del Sole. La stella di neutroni è una pulsar, che emette onde radio che possono essere decifrate sulla Terra dai radiotelescopi. La gravità sulla sua superficie è superiore a 300 miliardi di volte di quella sulla Terra e al suo centro ogni pochi centimetri cub di volume è concentrato un miliardo di tonnellate di materia. 

La stella massiccia ruota 25 volte al secondo e attorno ad essa orbita una nana bianca circa ogni due anni e mezzo, un periodo insolitamente breve. La nana bianca è ciò che resta di una stella che si sta lentamente raffreddando.  Si osserva in luce visibile, anche se solo con grandi telescopi, ed è invisibile ad occhio nudo.

Lo studio, guidato da Bonn dottorando Giovanni Antoniadis, misurando la tempistica di emissione delle pulsar con i radiotelescopi ha scoperto un piccolo cambiamento nel periodo orbitale del sistema binario di solo  di otto-milionesimi di secondo all’anno. Date le masse della pulsar e della nana bianca, dedotte con l’aiuto di osservazioni della luce emessa dalla nana bianca – con tecniche perfezionate da Antoniadis e van Kerkwijk – questo risultato sembra  corrispondere esattamente a ciò che la teoria di Einstein prevede.

La teoria generale di Einstein spiega la gravità come conseguenza della curvatura dello spazio-tempo creato dalla presenza di massa ed energia.Se due stelle orbitano una intorno all’altra, vengono emesse onde gravitazionali – come increspature che su muovono e si allontanano nello spaziotempo. Come risultato, il sistema binario perde lentamente energia, le stelle si avvicinano e si accorcia il periodo orbitale.

Il test rappresentato da PSR J0348 0432 è particolarmente interessante perché la stella massiccia è un oggetto veramente estremo in termini di gravità, anche rispetto ad altre pulsar che sono state utilizzate per testare la relatività generale. Perciò un’eccezionale distorsione dello spazio-tempo. Secondo molte alternative alla teoria di Einstein, questo dovrebbe far perdere energia all’orbita molto più velocemente di quanto si osserva.

“Le osservazioni smentiscono queste alternative”, dice van Kerkwijk, “e danno così ulteriore fiducia a fatto che la teoria di Einstein sia una buona descrizione della natura -. Anche se sappiamo che non è una descrizione completa, viste le contraddizioni irrisolte nella meccanica quantistica”

“Siamo davvero solo all’inizio dei nostri studi di questo oggetto stellare massiccia e bizzarro”, dice Antoniadis. “Potrebbe diventare il nuovo standard per il test della relatività generale.”