Buchi neri per testare la relatività generale

Dalle osservazioni di un buco nero, posto al centro della galassia M87, scaturisce un nuovo approccio per testare la teoria della relatività generale

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La teoria della relatività generale di Einstein – l”idea secondo la quale la gravità è identificata con la materia che deforma lo spazio-tempo – ha resistito a 100 anni di test, l’ultimo dei quali è stato effettuato dalla collaborazione Event Horizon Telescope, i cui risultati sono stati pubblicati sul Physical Review Letters.

Le ultime scoperte, danno evidenza di una teoria ancora molto solida e più dura da sconfiggere.

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Nonostante i successi, la robusta teoria di Einstein rimane matematicamente inconciliabile con la meccanica quantistica, ovvero la descrizione scientifica del mondo subatomico. Testare la relatività generale diventa oggi più importante, perché la più recente teoria sull’universo si basa essenzialmente su un intreccio di gravità e di meccanica quantistica.

Dimitrios Psaltis, un astrofisico coinvolto nella collaborazione Event Horizon Telescope, afferma che una teoria completa della gravità debba discostarsi dalla relatività generale, ma ci sono molti modi per modificarla. Si è scoperto che qualunque sia la teoria corretta, essa comunque non può essere significativamente diversa dalla teoria della relatività generale, nel momento in cui si prendono in considerazione i buchi neri. Non esistono tante altre alternative per modificarla.

L’utilizzo di buchi neri giganti rappresenta indubbiamente un nuovo approccio per testare la relatività generale.

Per eseguire il test, il gruppo di ricerca ha utilizzato la prima immagine mai acquisita, relativa al buco nero gigante localizzato al centro della galassia M87, ottenuta lo scorso anno con il lavoro dell’Event Horizon Telescope. I primi risultati avevano dimostrato che la dimensione dell’ombra del buco nero era compatibile con la dimensione prevista dalla relatività generale.

Allora, i ricercatori non erano ancora in grado di porsi la domanda opposta: “Quanto può essere differente una teoria della gravità dalla relatività generale ed essere contemporaneamente compatibile con la dimensione dell’ombra?” Il tentativo dei ricercatori era quindi quello di capire se le osservazioni potevano suggerire altre alternative alla relatività generale.

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Il team ha condotto un’analisi molto ampia di diverse modifiche che si potrebbero apportare alla teoria della relatività generale, per identificare la caratteristica unica di una teoria della gravità che determini la dimensione dell’ombra di un buco nero.

In questo modo, è possibile adesso individuare se qualche alternativa alla relatività generale concordi con le osservazioni dell’Event Horizon Telescope.

Il team si è concentrato sulla gamma di tutte le alternative che avevano già superato test precedenti nel sistema solare.

Utilizzando un nuovo indicatore, sviluppato all’interno del team, è stato dimostrato che la dimensione misurata dell’ombra del buco nero, nella galassia M87, restringe lo spazio di manovra per modificare la teoria della relatività generale, di un fattore 500, rispetto i precedenti test effettuati sul sistema solare. Effettuando quindi questo nuovo test sull’ombra di un buco nero, molti tentativi di modifica della relatività generale falliscono.

Le immagini di buco nero forniscono una prospettiva completamente nuova per testare la teoria della relatività generale di Einstein. Insieme alle osservazioni sulle onde gravitazionali, questo nuovo approccio rappresenta l’inizio di una nuova epoca nell’astrofisica dei buchi neri.

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Testare la teoria della gravità è una ricerca sempre corrente e permette di dare risposte alla domanda se le previsioni della relatività generale, applicate a diversi oggetti astrofisici, siano abbastanza accettabili dagli astrofisici, in modo da non preoccuparsi di potenziali differenze o modifiche della relatività generale stessa.

Finora, la relatività generale ha superato tutti i test a pieni voti e questo è vero, perché, effettuando determinati test, i risultati non deviano mai dalle previsioni della relatività generale. Ma oggi, per la prima volta, si dispone di un indicatore diverso con cui si possono effettuare dei test 500 volte più precisi, e quell’indicatore è rappresentato dalla dimensione dell’ombra di un buco nero.

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In seguito, il gruppo dell’Event Horizon Telescope, si attende immagini ancora più nitide, che saranno acquisite dalla vasta gamma di telescopi, tra i quali il Greenland Telescope, il Telescopio a 12 metri sul Kitt Peak (Tucson), e il Northern Extended Millimeter Array Observatory, localizzato in Francia.

Solo quando sarà disponibile un’immagine del buco nero al centro della nostra galassia, si potranno porre degli ulteriori limiti alle deviazioni dalla relatività generale.

A quel punto, Einstein avrà ancora ragione?

Fonte: phys.org