UNA PULSAR DA RECORD

Ancora un punto per Einstein

Su Science l'analisi del comportamento della pulsar binaria PSR J0348+0432, costituita da una stelle di neutroni e una nana bianca. Un perfetto "laboratorio" per mettere alla prova la Relatività Generale. Il commento di Marta Burgay (INAF) che scoprì un oggetto simile nel 2003.

Rappresentazione artistica di PSR J0348+0432

Rappresentazione artistica di PSR J0348+0432

Il telescopio VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, insieme a radio telescopi di tutto il mondo, ha permesso agli astronomi di  trovare e studiare una bizzarra coppia di stelle formata dalla stella di neutroni più massiccia finora nota intorno a cui orbita una nana bianca. Questa strana binaria permette di verificare la teoria della gravità di Einstein – la relatività generale – in modi che finora non erano possibili. Per il momento, le nuove osservazioni sono perfettamente in accordo con le previsioni della relatività generale, mentre non sono consistenti con alcune delle teorie alternative. I risultati sono stati pubblicati dalla rivista Science il 26 aprile.

Un’equipe internazionale ha scoperto un oggetto doppio un po’ strano, formato da un stella a neutroni, piccola ma insolitamente pesante, che ruota su se stessa 25 volte ogni secondo, intorno a cui ogni due ore e mezza orbita una nana bianca. La stella di neutroni è una pulsar che emette onde radio che possono essere intercettate dai radiotelescopi sulla Terra. È una coppia molto interessante di per sè, ma è anche un laboratorio unico di verifica dei limiti delle teorie fisiche.

La pulsar si chiama PSR J0348+0432 ed è il resto di un’esplosione di supernova. È due volte più pesante del Sole, ma è grande solo 20 chilometri. La forza di gravità alla superficie è più di 300 miliardi di volte maggiore di quella sulla Terra e nel centro ogni cubetto di materia delle dimensioni di una zolletta di zucchero contiene più di un miliardo di tonnellate di materia. La compagna nana bianca è solo leggermente meno esotica: è il resto incandescente di una stella più leggera che ha perso la propria atmosfera e si sta ora lentamente raffreddando.

La teoria della relatività generale di Einstein, che spiega la forza di gravità come una conseguenza della curvatura dello spazio-tempo dovuta alla presenza di massa ed energia, ha superato tutti i controlli fin dall’epoca della sua pubblicazione, un centinaio di anni fa.

Ma i fisici hanno escogitato altre teorie della gravità che danno previsioni diverse da quelle della relatività generale. Per alcune di queste alternative, la differenza si manifesta solo in campi gravitazionali molto forti che non si trovano all’interno del Sistema Solare. In termini di gravità, PSR J0348+0432 è un oggetto realmente estremo, anche rispetto alle altre pulsar che sono state usate nei test ad alta precisione della relatività generale di Einstein. In questi campi gravitazionali così intensi, piccole variazioni di massa possono portare a grandi cambiamenti dello spazio-tempo intorno all’oggetto. Fino ad ora gli astronomi non avevano idea di ciò che sarebbe potuto accadere in presenza di una stella di neutroni così massiccia come PSR J0348+0432, che offre perciò l’opportunità unica di spingere queste verifiche in nuovi territori.

httpvh://youtu.be/tVlw6BKrX_k

L’equipe ha combinato osservazioni della nana bianca ottenute con il VLT (Very Large Telescope) con una scala temporale molto precisa della pulsar misurata dai radiotelescopi. Un binaria così stretta emette radiazioni gravitazionali e perde di conseguenza energia. Ciò modifica leggermente il periodo orbitale, ma le previsioni della relatività generale e delle altre teorie in competizione su come debba essere questo cambiamento sono diverse.

Nel 2003, un oggetto altrettanto interessante per la verifica delle teorie di Einstein fu scoperto da un team di ricercatori italiani. “La pulsar doppia J0737-3039 – dichiara Marta Burgay dell’Osservatorio Astronomico di Cagliari dell’INAF, che fu prima autrice dell’articolo che ne annunciò la scoperta – è un sistema binario formato da due stelle di neutroni e costituisce tuttora il migliore laboratorio per stabilire i limiti di validità della teoria della Relatività Generale di Einstein, che si è mostrata prevedere il comportamento della Natura con un errore massimo dello 0.05%. D’altro canto le perduranti difficoltà nel conciliare i fenomeni legati alla gravità e quelli della fisica quantistica, potrebbero indicare che la teoria della Relatività Generale non è l’ultima parola”. Difatti – spiega Andrea Possenti, membro del team che scoprì la pulsar Doppia – negli ultimi decenni sono state proposte molte teorie della gravità alternative alla Relatività Generale… E qui si innesta la scoperta del sistema binario relativistico J0348+0432. Le due stelle di questa coppia sono molto diverse fra loro per massa e dimensioni e questo rende tale sistema il migliore finora noto per indagare proprio le teorie alternative. Ne è emerso che lo spazio dei parametri accettabili per farle funzionare si è ridotto di molto rispetto ai precedenti vincoli osservativi, il che ovviamente mina parecchio la loro credibilità per il ruolo di valide alternativa alla teoria Einsteiniana.”

La stella di neutroni in questo sistema risulta anche la più massiccia finora osservata? “La sua massa – commenta ancora Marta Burgay – conferma la esistenza di una popolazione di pulsar con una massa attestata attorno a 2 masse del Sole. A differenza dell’esempio precedente, rappresentato dalla pulsar J1614-2230, in questo caso il sistema è stato pero’ “pesato” combinando osservazioni radio della stella di neutroni ad osservazioni ottiche di alta precisione della stella compagna. Una procedura molto promettente in vista di futuri strumenti ancora più potenti ”

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