UN LABORATORIO NATURALE PER STUDIARLA

Partita a tre con la gravità

Scoperto per la prima volta un sistema formato da due nane bianche e una pulsar, descritto minuziosamente in uno studio su Nature. Le sue caratteristiche ne fanno un test ideale per la Relatività Generale e in particolare per il principio di equivalenza.

pulsar-singhiozzoL’esperimento di Galileo di certo era più semplice: bastavano due biglie e una torre, quella di Pisa. Nell’esperimento naturale sulla gravità scovato a 4200 anni luce da noi da Scott Ransom e i suoi colleghi del National Radio Astronomy Observatory, gli elementi sono sempre tre, ma si tratta di oggetti un po’ più complicati delle biglie: due nane bianche e una stella di neutroni ultradensa.

“Questo sistema triplo ci fornisce il miglior laboratorio cosmico naturale mai trovato per studiare come funzionano questi sistemi e per scoprire potenziali problemi della Relatività Generale, che i fisici si aspettano di osservare in condizioni estreme” ha spiegato Ransom.

Usando il Green Bank Telescope di proprietà della National Science Foundation, il gruppo di Ransom aveva inizialmente individuato la stella di neutroni grazie alla sua emissione radio, quella tipica di una pulsar millisecondo: ruotando su se stessa ad altissima velocità (quasi 366 volte al secondo), la stella emette un segnale radio rivolto verso la Terra a ogni rotazione con straordinaria regolarità. In seguito, i ricercatori hanno scoperto che la pulsar ruota attorno a una nana bianca, e che entrambe orbitano attorno a una seconda nana bianca più distante. Battezzato PSR J033711715 e descritto nei dettagli sulle pagine di Nature, è il primo sistema triplo di questo tipo mai scoperto: l’unico simile che comprenda una pulsar (PSR B1620-26) ha come terzo corpo un pianeta, i cui effetti gravitazionali sono per forza di cose molto più deboli. In questo caso, invece, il gioco di attrazione e perturbazione reciproca fra i tre corpi mette in gioco forze abbastanza potenti da permettere ai ricercatori di studiare la natura stessa della gravit.

Misurando accuratamente gli intervalli tra gli impulsi radio della pulsar, i ricercatori sono riusciti a calcolrare la geometria del sistema e le masse dei tre corpi con grande precisione, arrivando a una risoluzione dell’ordine delle centinaia di metri.

I ricercatori hanno formulato un’ipotesi sull’evoluzione del sistema. A partire da un sistema di stelle legate gravitazionalmente tra loro, la più grande è prima esplosa formando una supernova, e creando poi la stella di neutroni. Due delle sue stelle compagne sono sopravvissute all’esplosione, e dopo circa un miliardo di anni la più esterna e più massiccia ha iniziato a trasferire massa alla binaria interna, che comprendeva la stella di neutroni e una stella di piccola massa. Dopo un altro miliardo di anni, la stella più esterna era diventata una nana bianca, e quella più interna ha iniziato a sua volta a cedere massa alla stelle di neutroni, facendo la stessa fine e alimentando la rotazione sempre più veloce della pulsar.

La parte più promettente dello studio però inizia ora, dopo la pubblicazione su Nature. Il sistema potrebbe infatti permettere di misurare con una precisione finora mai raggiunta il principio di equivalenza: quello che dice che l’effetto della gravità su un corpo non dipende dalla sua natura o struttura interna. Appunto, quello che voleva dimostrare Galileo facendo cadere due biglie diverse dalla Torre di Pisa e mostrando che toccano terra assieme.

Il punto è che quando una stella di grande massa esplode, e i suoi resti danno luogo a una stella di neutroni (che è un oggetto super compatto), una parte della sua massa è convertita nell’energia gravitazionale che tiene assieme la stella. Secondo la versione forte del principio di equivalenza, quell’energia deve continuare a comportarsi, da un punto di vista gravitazionale, come la massa da cui deriva. Ma secondo tutte le teorie alternative alla relatività generale questo non dovrebbe succedere.

Applicato al nostro sistema ternario, questo significa che l’effetto gravitazionale della nana bianca più esterna dovrebbe farsi sentire allo stesso modo per l’altra nana bianca e per la stella di neutroni. Se invece il principio di equivalenza non vale, i due effetti sarebbero leggermente diversi, e la differenza si dovrebbe poter misurare dagli impulsi della pulsar.