GLI EFFETTI DELLA RELATIVITA' SU UNA PULSAR

La trottola cosmica gioca a nascondino

Misurata da un team di astronomi grazie a 5 anni quasi ininterrotti di dati raccolti dai maggiori radiotelescopi al mondo la massa di una pulsar e della sua compagna, attorno a cui orbita molto vicina. Ma anche l'effetto indotto dalla intensa forza di attrazione gravitazionale presente nel sistema, che induce lo spostamento dell'asse di rotazione della pulsar, tanto da farcela sparire dalla nostra vista. Il commento di Marta Burgay (INAF)

Illustrazione dell'orbita della pulsar J1906 (sulla destra,con i suoi fasci di onder radio) attorno alla sua compagna (al centro). La curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla compagna, induce una variazione dell'orientazione dell'asse di rotazione della pulsar. Crediti: Joeri van Leeuwen/ASTRON

Illustrazione dell’orbita della pulsar J1906 (sulla destra,con i suoi fasci di onder radio) attorno alla sua compagna (al centro). La curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla compagna, induce una variazione dell’orientazione dell’asse di rotazione della pulsar. Crediti: Joeri van Leeuwen/ASTRON

E’ un sistema binario davvero speciale quello denominato J1906+0746 (o J1906, in breve): uno dei suoi componenti è una pulsar, ovvero una stella di neutroni in rapidissima rotazione che emette – come un faro – un fascio di onde radio che incrocia la terra ogni 144 millesimi di secondo. La pulsar orbita in meno di quattro ore attorno alla sua compagna, un oggetto celeste ancora sconosciuto ma probabilmente un’altra stella di neutroni oppure una nana bianca.

A studiare in dettaglio questa coppia cosmica ci ha pensato Joeri van Leeuwen, astrofisico dell’ASTRON (l’istituto olandese per la radioastronomia) , e il suo gruppo di ricercatori analizzando ben cinque anni di dati raccolti quasi ogni giorno dai migliori telescopi radio nel mondo: quelli di Arecibo e Green Bank negli USA, quello di Nancay in Francia, il Lovell Telescope nel Regno Unito e il Westerbork Synthesis Radio Telescope nei Paesi Bassi.

I risultati di questa indagine, pubblicati sulla rivista The Astrophysical Journal, sono stati appena presentati nel corso della 225a riunione annuale dell’American Astronomical Society a Seattle e forniscono la misura delle masse dei due componenti del sistema, ottenute con una altissima precisione:  1,29 volte quella del Sole per la pulsar e 1,32 masse solari per la oscura compagna.

«Il nostro prolungato monitoraggio del moto della pulsar ci ha consentito di misurare l’interazione gravitazionale tra le due stelle compatte del sistema con estrema precisione» osserva Ingrid Stairs, dell’Università della British Columbia in Canada, tra gli autori dello studio. «I due oggetti celesti possiedono ciascuno più massa del Sole, ma sono oltre cento volte più vicini tra di loro di quanto non lo siano la Terra e il Sole stesso. L’intensa forza di attrazione gravitazionale che ne risulta provoca molti effetti notevoli».

Uno di questi effetti è quello che viene chiamato precessione geodetica: una sorta di moto relativistico a trottola. Secondo la Relatività Generale formulata da Albert Einstein, l’asse di rotazione della pulsar, mentre ruota attorno alla sua compagna, subisce un leggero e ciclico cambiamento d’inclinazione. Questa è una conseguenza del fatto che lo spazio-tempo in cui la pulsar si muove non è piatto, bensì viene curvato dalla massa dei corpi celesti. E il team è appunto riuscito a misurare anche questo piccolissimo effetto, che ogni anno induce una variazione di 2,2 gradi nell’orientamento dell’asse di rotazione della pulsar.

«L’ immensa forza di attrazione gravitazionale che si verifica nel sistema, ha già fatto vacillare la pulsar – dice van Leeuwen – tanto che il fascio di onde radio che prima captavamo con i nostri strumenti non incrocia più la Terra. La pulsar è ormai quasi invisibile anche ai più grandi telescopi sulla Terra. Questa è la prima volta che osserviamo scomparire il segnale di una giovane pulsar come quella in J1906 a causa della precessione. Per fortuna queste oscillazioni riporteranno il suo fascio di radiazione di nuovo verso la Terra… ma dovremo attendere più o meno 160 anni».

Per Marta Burgay, astronoma presso l’Osservatorio Astronomico INAF di Cagliari, che nel 2003 scoprì il la prima coppia di pulsar in orbita reciproca (J0737-3039A/B), «il sistema binario cui appartiene la pulsar J1906+0746 è molto raro e intrigante. Sin dalla sua scoperta, nel 2004, si è cercato di capire se fosse composto da una stella di neutroni, osservata come pulsar, e una nana bianca o da due stelle di neutroni. In questo secondo caso si tratterebbe di un sistema simile a quello, unico ad oggi, della doppia pulsar J0737-3039A/B. Nel caso di J1906+0746 però la pulsar osservata – il cui fascio di onde radio si è ora spostato al di fuori della nostra linea di vista – sarebbe la più giovane e più rara da osservare della coppia. Lo studio di questo particolarissimo oggetto ha ora portato alla misurazione di diversi effetti previsti dalla teoria della Relatività di Einstein e alla precisa determinazione delle masse delle due stelle che lo compongono. Il dubbio relativo alla natura della compagna però permane; una conferma definitiva che si tratti di un sistema di due pulsar si potrebbe però avere se la precessione geodetica, lo stesso effetto relativistico che ha fatto scivolare via dal nostro campo visivo i coni di emissione radio di J1906+0746, spostasse nella nostra visuale quelli della stella compagna».

Per saperne di più:

  • l’articolo the Binary Companion of Young, Relativistic Pulsar J1906+0746 di Joeri van Leeuwen et al. pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal

Fonte: Media INAF | Scritto da Marco Galliani