IL 'SACRO GRAAL' DELLA GRAVITA'

Alla ricerca della strana coppia

La radiazione delle pulsar rappresenta un buon test per verificare alcune previsioni della Relatività Generale, specialmente nel caso in cui questi oggetti formano un sistema binario. Oggi, però, un gruppo di ricercatori ritiene che la teoria di Einstein potrebbe essere sottoposta ad una analisi più efficace se le pulsar si trovassero in coppia con un buco nero. I risultati di questo studio sono pubblicati nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

Pulsar in orbita attorno a un buco nero

La scoperta di una pulsar in orbita attorno a un buco nero rappresenterebbe una sorta di “sacro graal” per verificare alcune previsioni della Relatività Generale. Credit: SKA Organisation/Swinburne Astronomy Productions

Le pulsar sono stelle di neutroni, oggetti stellari estremamente dense e compatte che possono avere un raggio dell’ordine di una decina di chilometri, le dimensioni tipiche di una città. Come dei fari cosmici, le pulsar emettono fasci di radiazione di alta energia, principalmente nel dominio dei raggi gamma e dei raggi X dello spettro elettromagnetico, a seguito della loro rapida rotazione, fino a centinaia di volte al secondo, attorno al proprio asse. Queste caratteristiche le rendono ideali per verificare sul campo le previsioni della Relatività Generale, la teoria che fu pubblicata da Einstein tra il 1915 e il 1916. Oggi, però, un gruppo di ricercatori spagnoli e indiani ritengono che la Teoria potrebbe essere sottoposta ad una analisi più efficace se si trovasse un sistema binario composto da una pulsar e un buco nero. Ed espongono le loro idee in un articolo  pubblicato nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, che ha ricevuto nel 2014 una menzione d’onore all’Essays of Gravitation Prize. “Le pulsar sono degli orologi cosmici molto precisi e qualsiasi deviazione presente nei loro impulsi può essere misurata”, spiega Diego F. Torres, un ricercatore dell’ICREA presso l’Institute of Space Sciences (IEEC-CSIC) e co-autore dello studio. “Se confrontiamo i dati osservati con il modello che dobbiamo usare affinché le previsioni siano giuste, possiamo porre dei limiti oppure possiamo rivelare direttamente le eventuali deviazioni dalla teoria”. Queste deviazioni si possono avere nel caso in cui c’è un oggetto massiccio vicino alla pulsar, come ad esempio una stella di neutroni o una nana bianca.

SGR_J1745-29_Chandra

L’immagine mostra la regione di Sgr A* prima (a sinistra) e (a destra) dopo quattro giorni (29 Aprile 2013) quando è stato rivelato l’outburst dalla pulsar SGR J1745-2900. Credit: N. Rea et al. 2013/Chandra/NASA

In generale, i sistemi binari che sono formati da una pulsar e da una stella di neutroni o una nana bianca, inclusi quei casi particolari in cui si hanno persino due pulsar, vengono utilizzati non solo per studiare la teoria della gravità ma soprattutto per la ricerca delle onde gravitazionali. L’anno scorso, venne identificata una pulsar (SGR J1745-2900) in prossimità di Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio della Via Lattea, ma c’è una combinazione che deve essere ancora trovata: cioè una pulsar che orbita attorno ad un buco nero ‘normale’, cioè di origine stellare. Finora, gli scienziati hanno considerato questa strana coppia come una sorta di “sacro graal” della gravità, ma esistono almeno due casi che risultano più appropriati per studiare gli effetti della Relatività Generale. Il primo caso si ha quando viene violato il cosiddetto principio di equivalenza: esso afferma che il moto di un corpo in una campo gravitazionale dipende dalla sua posizione nello spazio-tempo e non dalla sua composizione. Ciò vuol dire che il risultato di qualsiasi esperimento di laboratorio in caduta libera è indipendente dalla velocità del laboratorio stesso e dalla sua posizione nello spazio e nel tempo. L’altra possibilità si ha nel caso in cui si considera una variazione di potenziale della costante di gravitazione universale che determina l’intensità del campo gravitazionale tra due corpi. Nonostante sia definita costante, in realtà si tratta di un valore noto con una accuratezza molto bassa e con una precisione pari a 1/10.000.

Insomma, in entrambi i casi, il sistema binario pulsar/buco-nero non sarebbe proprio il perfetto “sacro graal” della gravità nonostante gli scienziati sperano di trovarne uno in quanto potrebbe prestarsi come ottimo laboratorio spaziale per studiare le eventuali deviazioni tra teoria e osservazioni. Ad ogni modo, la caccia alla “strana coppia” continua e rappresenta oggi uno dei principali obiettivi dei telescopi spaziali per raggi-X e gamma (Chandra, NuSTAR o Swift), così come per i più grandi radiotelescopi che sono attualmente in fase di costruzione in Australia e in Sud Africa (SKA).


Journal of Cosmology and Astroparticle Physics: Manjari Bagchi and Diego F. Torres – In what sense a neutron star-black hole binary is the holy grail for testing gravity?

arXiv: In what sense a neutron star-black hole binary is the holy grail for testing gravity?