Test a tre stelle per Albert Einstein

La pulsar e la nana bianca interna sono su un’orbita di 1.6 giorni. Questa coppia è in un’orbita di 327 giorni con la nana bianca esterna, molto più lontana. Impressione d’artista del sistema. Crediti: Ska organization

Niente da fare anche questa volta per i detrattori della teoria della relatività generale di Einstein, anzi: un nuovo studio pubblicato oggi su Nature mostra come la teoria del geniale fisico tedesco regga meglio di altre teorie alternative della gravità alla prova dei sistemi stellari più estremi.

Un gruppo internazionale di astronomi ha osservato per sei anni un sistema di stelle triplo molto massiccio ed estremo, noto come Psr J0337+1715, che si trova a 4200 anni luce da noi ed è costituito da due nane bianche e una stella di neutroni. Le nane bianche sono stelle molto dense, di dimensioni paragonabili alla Terra, ma di massa simile al Sole; le stelle di neutroni sono ancora più piccole e dense delle nane bianche, costituite dai nuclei di stelle collassati dopo aver originato una esplosione di supernova: sono le stelle più dense dell’universo. Molte stelle di neutroni rotanti sono pulsar: inviano cioè segnali elettromagnetici regolari, simili a quelli di un faro, attraverso lo spazio. Segnali che possono essere catturati dai radiotelescopi sulla Terra, come il Green Bank Telescope, il Westerbork Synthesis Radio Telescope e l’Osservatorio di Arecibo – i tre radiotelescopi i cui dati hanno reso possibile questo studio.

La teoria di Einstein è basata sul fatto che tutti gli oggetti cadono allo stesso modo, indipendentemente dalla loro massa o composizione, e funziona in molte situazioni. Ma, in casi di gravità estrema, alcune teorie alternative della gravità non potrebbero funzionare meglio? Lo studio del sistema Psr J0337+1715 fornisce un ottimo banco di prova proprio  per questi casi. «La nostra ricerca mostra come l’osservazione di routine e attenta delle stelle lontane possa offrirci un test di alta precisione di una delle teorie fondamentali della fisica», dice Ingrid Stairs della University of British Columbia, coautrice dello studio.

Il Westerbork Synthesis Radio Telescope, nei Paesi Bassi, è uno dei tre radiotelescopi usati per studiare il sistema di tre stelle PSR J0337+1715, insieme al Green Bank Telescope in West Virginia e all’Arecibo Observatory a Puerto Rico. Crediti: Astron

In questo sistema triplo, una stella di neutroni e una nana bianca orbitano l’una attorno all’altra con un periodo di 1.6 giorni, mentre la seconda nana bianca – molto più distante – orbita intorno alla coppia precedente con un periodo di 327 giorni. Tracciando i movimenti della coppia interna di stelle durante il corso di diverse orbite della nana bianca esterna, gli scienziati hanno potuto misurare se la gravità della compagna esterna influenzi o meno in modo differente la pulsar e la nana bianca interna. «Siamo in grado di tener conto d’ogni singolo impulso prodotto dalla stella di neutroni da quando abbiamo iniziato le nostre osservazioni, e questo ci consente di stabilire la sua posizione entro poche centinaia di metri. Abbiamo dunque una traccia molto precisa di dove è stata la stella di neutroni e di dove sta andando», spiega Anne Archibald, prima autrice dell’articolo e ricercatrice postdoc dell’Università di Amsterdam e Astron.

Durante l’osservazione, i ricercatori non hanno trovato differenze rilevabili nel comportamento del sistema rispetto alle previsioni della teoria della relatività generale, lasciando poco spazio per le teorie della gravità alternative. «Se c’è una differenza, non va oltre le tre parti su un milione», precisa Nina Gusinskaia, dottoranda all’Università di Amsterdam e coautrice dello studio. «D’ora in poi, per dare conto di quanto abbiamo osservato, il margine al quale deve adattarsi una qualunque teoria alternativa della gravità si è fatto molto più ristretto».

«Fino a oggi, ogni volta che abbiamo messo alla prova la teoria della relatività di Einstein i risultati sono stati coerenti con essa», conclude Stairs. «Ma continuiamo comunque a cercare deviazioni dalla relatività, perché potrebbe aiutarci a capire come descrivere con un solo linguaggio matematico la gravità e la meccanica quantistica».

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Fonte: Test a tre stelle per Albert Einstein