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La doppia pulsar che sfidò Einstein

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Uno nuovo studio, pubblicato sulla rivista Physical Review X, sfida la teoria della relatività di Einstein, rilevando nuovi effetti relativistici mai osservati prima d’ora. Per fare ciò, un team di ricercatore dell’Università dell’East Anglia e dell’Università di Manchester hanno condotto un esperimento – lungo oltre 16 anni – nel quale hanno osservato un sistema di stelle, chiamato pulsar, attraverso sette radiotelescopi dislocati in tutto il mondo.

Il dott. Robert Ferdman, della School of Physics dell’UEA e capo del progetto, ha dichiarato: «Per quanto spettacolare sia stato il successo della teoria della relatività generale di Einstein, sappiamo che ancora non è detta l’ultima parola sulla teoria gravitazionale. Più di 100 anni dopo, gli scienziati di tutto il mondo continuano i loro sforzi per trovare difetti nella sua teoria. Trovare, infatti, qualsiasi tipo di “difetto” nella relatività generale costituirebbe un’importante scoperta che aprirebbe una finestra su una nuova era per la fisica, e potrebbe aiutarci a scoprire una teoria unificata delle forze fondamentali della natura».

Per ottenere un simile risultato, la teoria di Einstein è stata sottoposta a test rigorosi, considerando il fenomeno delle pulsar. Una pulsar è una stella compatta rotante altamente magnetizzata che emette fasci di radiazioni elettromagnetiche dai suoi poli magnetici. Nella ricerca è stata presa in esame una doppia pulsar, scoperta nel 2003, ed è stato individuato come il contesto perfetto nel quale testare la teoria della relatività.

Il sistema è costituito da due pulsar che orbitano l’una intorno all’altra alla velocità di circa 1 milione di km/h. Il loro movimento può essere usato per analizzare la forza di gravità.

«Abbiamo studiato un sistema di stelle compatte che è un laboratorio senza rivali per testare le teorie della gravità in presenza di campi gravitazionali molto forti», ha affermato il prof. Micheal Kramer, coautore del progetto e leader del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn in Germania, «Con una sorpresa inaspettata, siamo stati in grado di testare una pietra angolare della teoria della relatività, l’energia trasportata dalle onde gravitazionali, con una precisione che è 25 volte migliore rispetto alla pulsar Hulse-Taylor vincitrice del premio Nobel, e 1000 volte migliore di quella attualmente possibile con rilevatori di onde gravitazionali. Abbiamo quindi potuto osservare oggetti che non potevano essere studiati prima».

Durante l’esperimento sono stati seguiti la propagazione dei fotoni radio emessi dalla doppia pulsar, e il loro movimento all’interno del forte campo gravitazionale tra le due stelle. In questo contesto, è stato visto per la prima volta come la luce non sia solo ritardata a causa di una forte curvatura dello spazio-tempo, ma anche che la luce viene deviata da un piccolo angolo di 0,04 gradi.

Il prof. Dick Manchester, membro del team e responsabile dell’agenzia scientifica nazionale australiana CSIRO, ha dichiarato: «Un movimento orbitale così veloce di oggetti compatti come questi ci consente di testare molte previsioni diverse di relatività generale. Oltre alle onde gravitazionali e alla propagazione della luce, la nostra precisione ci permette anche di misurare il così detto effetto della “dilatazione del tempo”, che fa rallentare gli orologi nei campi gravitazionali. Dobbiamo anche prendere in considerazione la famosa equazione di Einstein E = mc2, quando si considera l’effetto della radiazione elettromagnetica emessa dalla pulsar in rapida rotazione sul moto orbitale».

Prendere in esame di un sistema gravitazionale così complesso permette l’applicazione di misurazioni sempre più dettagliate.

Un altro scienziato partecipe dell’esperimento, il prof. Bill Coles, dell’Università della California di San Diego, ha infatti affermato: «In questo modo riusciremo a completare altri esperimenti sulle pulsar. Infatti, abbiamo raccolto tutte le informazioni possibili sul sistema e abbiamo ricavato un quadro perfettamente coerente, coinvolgendo anche la fisica nucleare, il mezzo interstellare, la fisica del plasma e molto altro ancora. Tutto questo è davvero straordinario».

Kramer e Ferdman sono concordi su queste ultime parole, confermando che hanno raggiunto un risultato senza precedenti. Utilizzando altri telescopi per esperimenti futuri, si potranno osservare fenomeni ancora più impercettibili e forse sarà anche possibile trovare la misteriosa “deviazione della relatività generale”.

Per approfondimenti:

Editor notes:

The University of East Anglia (UEA) is a UK Top 25 university and is ranked in the top 50 globally for research citations. Known for its world-leading research and good student experience, it was awarded Gold in the Teaching Excellence Framework and is a leading member of Norwich Research Park, one of Europe’s biggest concentrations of researchers in the fields of environment, health and plant science. www.uea.ac.uk.

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