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La prima dimostrazione di effetti di relatività nelle stelle in orbita intorno al buco nero

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Crediti: ESO/M. Parsa/L. Calçada

Al centro della Via Lattea, a circa 26.000 anni luce dalla Terra, si trova il buco nero supermassiccio più vicino a noi, con una massa pari a quattro milioni di volte quella del Sole. Questo oggetto mostruoso è circondato da un piccolo gruppo di stelle in orbita ad alta velocità nel campo gravitazionale elevatissimo del buco nero. È un ambiente perfetto in cui verificare la fisica della gravitazione e in particolare la teoria della relatività generale di Einstein.

Un gruppo di astronomi tedeschi e cechi ha applicato una nuova tecnica di analisi alla ricchissima serie di osservazioni esistenti delle stelle in orbita intorno al buco nero, osservazioni accumulate con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO in Cile e altri telescopi negli ultimi venti anni. Essi confrontano le orbite stellari misurate con le previsioni fatte utilizzando sia la teoria della gravità classica di Newton, che la relatività generale.

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Il gruppo ha trovato prove di piccoli cambiamenti nel moto di una stella, nota come S2, consistenti con le previsioni della relatività generale. Il cambiamento dovuto agli effetti relativistici è di solo pochi percento nella forma dell’orbita, e di un sesto di grado nell’orientamento dell’orbita stessa. È la prima volta che si riesce a ottenere una misura della forza degli effetti della relatività generale per una stella in orbita intorno a un buco nero supermassiccio.

Marzieh Parsa, dottoranda all’Università di Colonia, Germania e prima autrice dell’articolo è estatica – «Il centro galattico è veramente il miglior laboratorio per studiare il moto delle stelle in ambiente relativistico. Mi sono meravigliata dell’efficacia con cui abbiamo potuto applicare ai dati di alta precisione ottenuti per le stelle più interne, ad alta velocità, vicine al buco nero supermassiccio, gli stessi metodi sviluppati con le stelle simulate».

L’elevata accuratezza delle misure di posizione, resa possibile dagli strumenti di ottica adattiva per l’infrarosso del VLT, è essenziale per il successo dello studio, non solo durante l’avvicinamento della stella al buco nero, ma soprattutto quando S2 era più lontana. Questi ultimi dati hanno permesso di determinare accuratamente la forma dell’orbita e come essa cambia sotto l’influenza della relatività.

«Nel corso dell’analisi ci siamo accorti che per determinare gli effetti relativistici su S2 serve assolutamente conoscere l’intera orbita con una precisione elevata», commenta Andreas Eckart, responsabile del gruppo dell’Università di Colonia.

Oltre a informazioni più precise sull’orbita di S2, la nuova analisi fornisce anche la massa del buco nero e la sua distanza dalla Terra con una maggior accuratezza.

Il coautore Vladimir Karas dell’Accademia delle Scienze di Praga, nella Repubblica Ceca, è entusiasta per il futuro – «È rassicurante che S2 mostri gli effetti relativistici attesi sulla base della sua vicinanza all’estrema concentrazione di massa al centro della Via Lattea. Questo apre nuove strade a teorie ed esperimenti in questo ambito scientifico».

L’analisi presentata è il preludio di un periodo di osservazioni del centro galattico da parte di astronomi di tutto il mondo. Nel 2018 la stella S2 si avvicinerà al buco nero supermassiccio e allora lo strumento GRAVITY, sviluppato da un grande consorzio internazionale guidato dal Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik di Garching, Germania, e installato sull’interferometro del VLT, sarà attivo e aiuterà gli astronomi a misurare l’orbita in modo più preciso di quanto sia attualmente possibile. Non solo ci si aspetta che riveli gli effetti di relatività generale molto chiaramente, ma permetterà anche agli astronomi di cercare deviazioni dalla relatività generale che potrebbero rivelare una nuova fisica.

Guarda il video che spiega come le orbite delle stelle intorno al buco nero supermassiccio, al centro della Via Lattea, mostrano i quasi impercettibili effetti previsti dalla teoria generale della relatività di Einstein.

https://youtu.be/5SEc0d3mRww

Crediti: ESO

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franco.folino
Franco Folino è un medico chirurgo, specialista in cardiologia, e un giornalista. Ha iniziato a lavorare come cronista alla fine degli anni settanta, scrivendo articoli per diverse riviste italiane di sport motoristici, e in seguito anche in media televisivi privati, estendendo il suo interesse in altri campi dell’informazione. Ha pubblicato differenti articoli scientifici ed editoriali su prestigiose riviste internazionali. Ha contribuito alla nascita di Newence, diventandone il direttore responsabile dal marzo del 2017.

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