Una delle previsioni nella teoria della relatività generale di Einstein è che qualsiasi corpo rotante sposta il tessuto stesso dello spazio-tempo attorno a se stesso. Questo fenomeno è noto come “trascinamento dei fotogrammi”.
Nella vita di tutti i giorni, trascinare e rilasciare i fotogrammi non è essenziale poiché l'effetto è incredibilmente piccolo. Rilevare questo effetto, causato dall'intera rotazione della Terra, richiede satelliti come il “Gravity Probe B” da 750 milioni di dollari, che ha rilevato cambiamenti angolari nei giroscopi equivalenti a un grado ogni 100.000 anni circa.
Fortunatamente per noi, ci sono molti laboratori di gravità naturale nell'universo in cui i fisici possono osservare le previsioni di Einstein in tutta la loro gloria.
Curvatura dello spazio – tempo. (Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence)
Uno studio del team di scienziati, pubblicato sulla rivista Science, rivela prove di trascinamento e rilascio di fotogrammi su una scala molto più prominente utilizzando un radiotelescopio e una coppia unica di stelle compatte che orbitano l'una sull'altra a velocità vertiginosa.
Il movimento di queste stelle avrebbe potuto lasciare perplessi gli astronomi dell'epoca di Newton, poiché si muovono chiaramente nello spaziotempo curvo e la teoria della relatività generale di Einstein è necessaria per spiegare le loro traiettorie.
La relatività generale è il fondamento della moderna teoria della gravità. Questo spiega il movimento preciso di stelle, pianeti e satelliti e persino il passare del tempo. Una delle sue previsioni meno note è che i corpi rotanti trascinano lo spazio-tempo insieme a loro. Più velocemente ruota l'oggetto e più è massiccio, più evidente è lo spostamento nello spazio-tempo.
Un tipo di oggetto è una nana bianca. Questi sono i resti di stelle morte che una volta erano più volte la massa del nostro Sole, ma hanno esaurito il loro combustibile a idrogeno.
Ciò che rimane è di dimensioni simili alla Terra, ma centinaia di migliaia di volte più massiccio. Le nane bianche possono anche ruotare molto rapidamente, completando una rivoluzione completa ogni minuto o due, anziché 24 ore come la Terra.
Il trascinamento causato da una simile nana bianca sarebbe circa 100 milioni di volte più potente di quello terrestre.
Va tutto bene, ma non possiamo volare su una nana bianca e lanciare satelliti attorno ad essa. Fortunatamente, la natura è gentile con gli astronomi e ha il suo modo di permetterci di osservarli attraverso stelle orbitanti chiamate pulsar.
Vent'anni fa, il radiotelescopio CSIRO Parkes scoprì una coppia stellare unica composta da una nana bianca (delle dimensioni della Terra, ma circa 300.000 volte più pesante) e una pulsar radio (delle dimensioni di una piccola città, ma 400.000 volte più pesante della Terra).
Rispetto alle nane bianche, le pulsar sono generalmente su un livello diverso. Non sono fatti di atomi ordinari, ma neutroni pressati insieme, rendendoli incredibilmente densi. Inoltre, la pulsar ruota 150 volte al minuto.
Ciò significa che 150 volte al minuto un “raggio faro” di onde radio emesse da questa pulsar attraversa il nostro punto di osservazione qui sulla Terra. Possiamo usarlo per tracciare il percorso della pulsar mentre ruota attorno alla nana bianca, in base al momento in cui il suo impulso raggiunge il nostro telescopio e conoscendo la velocità della luce. Questo metodo ha mostrato che due stelle orbitano l'una intorno all'altra in meno di 5 ore.
Questa coppia, ufficialmente denominata PSR J1141-6545, è un laboratorio gravitazionale ideale. Dal 2001, gli scienziati si sono recati al CSIRO Parkes diverse volte all'anno per mappare l'orbita di questo sistema, che mostra molti degli effetti gravitazionali di Einstein.
Anche se PSR J1141-6545 dista diverse centinaia di quadrilioni di chilometri (quadrilioni – milioni di miliardi), sappiamo che la pulsar ruota 2,5387230404 volte al secondo e che la sua orbita è in equilibrio.
Ciò significa che il piano della sua orbita non è fisso, ma ruota lentamente.
Come è nato questo sistema?
Quando sorgono coppie di stelle, la più massiccia muore per prima, creando spesso una nana bianca. Prima che la seconda stella muoia, trasferisce la materia alla sua compagna.
Una nana bianca che ruota mentre assorbe materia dal suo compagno. (ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery)
Un disco si forma quando questo materiale cade verso una nana bianca e accelera la nana bianca per decine di migliaia di anni.
In rare occasioni come questa, una seconda stella può esplodere in una supernova, lasciandosi dietro una pulsar. La nana bianca in rapida rotazione trascina con sé lo spazio-tempo, costringendo il piano orbitale della pulsar a inclinarsi. Questa inclinazione è ciò che abbiamo osservato nella nostra mappatura dell'orbita della pulsar.
Lo stesso Einstein pensava che molte delle sue previsioni sullo spazio e sul tempo non sarebbero mai state scoperte. Ma negli ultimi anni c'è stata una rivoluzione nell'astrofisica estrema, inclusa la scoperta di onde gravitazionali e immagini di un buco nero utilizzando una rete mondiale di telescopi.
Matthew Bailes, ARC Research Fellow, Swinburne University of Technology, Max Planck Institute Research Fellow.
Questo articolo è stato pubblicato da The Conversation.
Fonti: Foto: Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence / Swinburne University of Technology
