Per parlare della stella che trascina lo spazio-tempo bisogna prima chiarire una delle previsioni della teoria della relatività generale di Einstein, che ci dice che qualsiasi corpo che ruota trascina con sé il tessuto stesso dello spazio-tempo nelle sue vicinanze e che maggiori sono la massa e la velocità di rotazione di questo corpo, maggiore è il suo effetto. Questo è un fenomeno noto come “frame-trascinamento“.
Fortunatamente per noi, l’Universo contiene molti laboratori gravitazionali naturali dove i fisici possono osservare le previsioni di Einstein al lavoro con dettagli squisiti. Una nuova ricerca, pubblicata su Science, rivela prove del frame-trascinamento su una scala molto più evidente, usando un radiotelescopio e una coppia unica di stelle compatte che si susseguono a velocità vertiginosa.
Il movimento di queste stelle avrebbe lasciato perplessi gli astronomi ai tempi di Newton, poiché si muovono chiaramente in uno spazio-tempo deformato ed è necessaria la teoria della relatività generale di Einstein per spiegare le loro traiettorie.
La stella che trascina lo spazio tempo
La relatività generale è il fondamento della moderna teoria gravitazionale. Spiega il movimento preciso delle stelle, dei pianeti e dei satelliti e persino il flusso del tempo. Una delle sue previsioni meno note è che i corpi che ruotano trascinano lo spazio-tempo con loro. Più un oggetto gira e più è massiccio, più potente è la resistenza.
Un tipo di oggetto per il quale questo è molto rilevante è una stella nana bianca.
Le nane bianche sono i resti di stelle morte che una volta avevano molte volte la massa del nostro Sole, ma ora hanno esaurito il loro idrogeno. Ciò che rimane è di dimensioni simili alla Terra ma centinaia di migliaia di volte più massiccio. Le nane bianche possono girare molto rapidamente, ruotando ogni minuto o due, anziché ogni 24 ore come fa la Terra.
Il trascinamento della trama dello spazio-tempo causato da una nana bianca sarebbe circa 100 milioni di volte più potente di quello terrestre.
Va tutto bene, ma non possiamo volare su una stella nana bianca e lanciare satelliti attorno ad esso. Fortunatamente, tuttavia, la natura è gentile con gli astronomi e ha il suo modo di farci osservare fenomeni simili grazie a stelle chiamate pulsar.
Venti anni fa, il radiotelescopio Parkes di CSIRO ha scoperto una coppia stellare unica composta da una stella nana bianca (circa la dimensione della Terra ma circa 300.000 volte più pesante) e una radio pulsar (delle dimensioni di una città ma 400.000 volte più pesante).
Rispetto alle nane bianche, le pulsar fanno parte di un’altra categoria. Non sono fatte di atomi convenzionali, ma di neutroni messi insieme strettamente, rendendole incredibilmente dense. Inoltre, la pulsar nel nostro studio gira 150 volte al minuto.
Ciò significa che, 150 volte al minuto, qualcosa che somiglia al raggio di luce di un faro, ma fatto di onde radio emesse da questa pulsar, è visibile dal nostro punto di osservazione qui sulla Terra. Possiamo usarlo per mappare il percorso della pulsar mentre orbita attorno alla nana bianca, temporizzando quando il suo impulso arriva al nostro telescopio e conoscendo la velocità della luce.
Questo metodo ha rivelato che le due stelle orbitano l’una attorno all’altra in meno di 5 ore.
Questa coppia, ufficialmente chiamata PSR J1141-6545, è un laboratorio gravitazionale ideale. Dal 2001 è stato usato tre volte all’anno il Parkes per mappare l’orbita di questo sistema, che mostra una moltitudine di effetti gravitazionali einsteiniani.
Mappare l’evoluzione delle orbite non è per gli impazienti, ma le misurazioni effettuate sono estremamente precise. Sebbene il PSR J1141-6545 sia a diverse centinaia di quadrilioni di chilometri (un quadrilione è un milione di miliardi), sappiamo che la pulsar ruota 2,5387230404 volte al secondo e che la sua orbita sta precipitando nello spazio.
Ciò significa che il piano della sua orbita non è fisso, ma invece ruota lentamente.
Come si è formato questo sistema?
Quando nascono coppie di stelle, la più massiccia muore per prima, creando spesso una nana bianca. Prima che la seconda stella muoia trasferisce la sua materia alla nana bianca sua compagna.
Un disco si forma mentre questo materiale cade verso la nana bianca e nel corso di decine di migliaia di anni fa rivivere la nana bianca, fino a quando non ruota ogni pochi minuti.
In rari casi come questo, la seconda stella può quindi esplodere in una supernova, lasciandosi dietro una pulsar. La nana bianca in rapida rotazione trascina con sé lo spazio-tempo, facendo inclinare il piano orbitale della pulsar mentre viene trascinata. Questa inclinazione è ciò che è stato osservato attraverso la mappatura dell’orbita della pulsar.
Lo stesso Einstein pensava che molte delle sue previsioni sullo spazio e sul tempo non sarebbero mai state osservabili. Ma gli ultimi anni hanno visto una rivoluzione nell’astrofisica estrema, tra cui la scoperta delle onde gravitazionali e l’imaging di un buco nero con una rete mondiale di telescopi. Queste scoperte sono state fatte da strutture da miliardi di dollari.
Questo articolo è stato pubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
