Per il secondo anno consecutivo, le ricerche sulle stelle pulsar si sono rivelate meritevoli del premio “Frontiers of Physics Award”, uno dei riconoscimenti assegnati ogni anno dall’International Congress of Basic Science (Icbs), un congresso internazionale dedicato a matematica, fisica e scienze dell’informazione che si tiene dal 2023 a Pechino, in Cina. L’evento è giovane ma piuttosto ambizioso: in sole tre edizioni, è riuscito a portare nella capitale cinese varie centinaia di scienziati tra cui molti premi Nobel.
Dopo i risultati ottenuti dalla collaborazione Pulsar Timing Array nel 2024, questa volta il riconoscimento è andato a un complesso studio a guida tedesca avente come oggetto la celebre “doppia pulsar” – la prima coppia di pulsar mai rilevata, Psr J0737-3039, scoperta dall’astrofisica dell’Inaf di Cagliari Marta Burgay in seno al gruppo di ricerca di Nichi d’Amico e Andrea Possenti. Il lavoro di ricerca premiato, condotto da Michael Kramer del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, in Germania, porta alla luce effetti di natura gravitazionale mai osservati in precedenza, almeno non con altrettanta evidenza. L’articolo che lo descrive, intitolato “Strong-Field Gravity Tests with the Double Pulsar” (“Test gravitazionali in campo forte con la doppia pulsar”), è stato pubblicato sulla rivista Physical Review X alla fine del 2021.
Al centro dell’immagine Marta Burgay (Istituto nazionale di astrofisica) e Michael Kramer (Max Planck Institute for Radioastronomy) ricevono il premio “Frontier of Science Award” durante la cerimonia di inaugurazione dell’International Congress of Basic Science (Icbs) a Pechino il 13 luglio 2025. Crediti: Icbs
«A 22 anni dalla sua scoperta», dice Marta Burgay, «questo eccezionale sistema, ancora unico nel suo genere, continua a dare i suoi frutti. Continuando a studiarlo con telescopi sempre più all’avanguardia, come il Sudafricano MeetKat e il suo prossimo successore, lo Ska Observatory, speriamo di testare ancora più a fondo le teorie della gravità relativistica e di sondarne i limiti».
A più di cent’anni dalla presentazione della teoria della gravità relativistica da parte di Albert Einstein, scienziati di tutto il mondo continuano a impegnarsi per trovare difetti nella relatività generale. L’osservazione di qualsiasi deviazione da questo impianto teorico costituirebbe infatti una pietra miliare che aprirebbe nuove possibilità che vanno oltre la nostra attuale comprensione teorica dell’universo. «Abbiamo studiato un sistema di stelle molto compatte per testare le teorie della gravità in presenza di campi gravitazionali molto intensi», spiega Kramer. «Con nostra grande gioia siamo riusciti a testare un pilastro della teoria di Einstein, l’energia trasportata dalle onde gravitazionali, con una precisione 25 volte superiore a quella della pulsar di Hulse-Taylor, vincitrice del premio Nobel».
Rappresentazione artistica del sistema “doppia pulsar”, in cui due stelle pulsar orbitano l’una intorno all’altra in soli 147 minuti. Il movimento orbitale di queste stelle di neutroni estremamente dense provoca una serie di effetti relativistici, inclusa la creazione di increspature nello spaziotempo note come onde gravitazionali. Le onde gravitazionali portano via energia dai sistemi che di conseguenza si restringono di circa 7 mm al giorno. La misura corrispondente concorda con la previsione della relatività generale entro lo 0,013 per cento. Crediti: Michael Kramer/Mpifr
Oltre alla perdita di energia orbitale dovuta alle onde gravitazionali, sono stati osservati vari altri effetti relativistici in questo straordinario sistema composto da due oggetti chiamati pulsar – fari cosmici che orbitano l’uno attorno all’altro in soli 147 minuti ruotando contemporaneamente su se stessi a velocità molto diverse tra loro. La pulsar A ruota su sé stessa circa 2643 volte al minuto, mentre la pulsar B lo fa solo 22 volte. La precisione e predicibilità della loro rotazione è valsa alle pulsar il titolo di “orologi cosmici”.
Tutti gli effetti osservati sono in perfetto accordo con la relatività generale. Le orbite eccentriche delle due pulsar ruotano di circa 17 gradi all’anno, il che equivale ormai a più di un giro completo di 360 gradi dalla scoperta del sistema nel 2003. Questo avanzamento relativistico del periastro (nel Sistema solare lo chiameremmo perielio, ovvero il punto più vicino tra stella e pianeta) è ben noto dall’orbita di Mercurio, ma in questo “sistema a doppia pulsar” è 140mila volte più forte.
La dilatazione temporale relativistica, derivante dal moto della pulsar e dal campo gravitazionale della sua compagna, fa sì che gli “orologi delle pulsar” ruotino più lentamente. Questo effetto è particolarmente significativo per la pulsar A, in rapida rotazione, la cui orbita eccentrica attorno alla pulsar B, in lenta rotazione, si traduce in una variazione periodica del tempo misurata con precisione di 384 microsecondi, dovuta alla dilatazione temporale.
Intorno alla congiunzione superiore, gli impulsi della pulsar A che viaggiano verso la Terra passano entro circa diecimila km dalla pulsar B. Questo avvicinamento ravvicinato nello spaziotempo curvo della pulsar B causa sia un ritardo di propagazione misurabile sia una curvatura del loro percorso. Grazie all’eccezionale precisione temporale della pulsar A, questi effetti sono stati misurati, sondando una curvatura dello spaziotempo un milione di volte più intensa di quella testata nel Sistema solare.
Per questi risultati, frutto di 16 anni di lavoro, il premio è stato conferito a Pechino domenica scorsa, il 13 luglio, durante la cerimonia di inaugurazione del congresso ed è stato ritirato personalmente dagli stessi Michael Kramer e Marta Burgay.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review X l’articolo “Strong-Field Gravity Tests with the Double Pulsar”, di Kramer, I. H. Stairs, R. N. Manchester, N. Wex, A. T. Deller, W. A. Coles, M. Ali, M. Burgay, F. Camilo, I. Cognard, T. Damour, G. Desvignes, R. D. Ferdman, P. C. C. Freire 1, S. Grondin, L. Guillemot, G. B. Hobbs, G. Janssen, R. Karuppusamy, D. R. Lorimer , A. G. Lyne, J.W. McKee, M. McLaughlin, L. E. Münch, B. B. P. Perera, N. Pol, A. Possenti, J. Sarkissian, B.W. Stappers e G. Theureau