Einstein funziona anche vicino ad un buco nero supermassiccio

Osservazioni realizzate con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO hanno svelato per la prima volta gli effetti attesi dalla relatività generale di Einstein sul movimento di una stella che transita nel campo gravitazionale estremo nei pressi del buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. Un risultato raggiunto al termine di osservazioni effettuate nell’arco di 26 anni coi telescopi dell’ESO in Cile.

L’illustrazione artistica mostra il percorso della stella S2 in transito presso il BN supermassiccio al centro della Via Lattea. Quando si avvicina al BN, il fortissimo campo gravitazionale fa sì che il colore della stella si sposti leggermente verso il rosso, un effetto della relatività generale di Einstein. In questo grafico l’effetto del colore e la dimensione degli oggetti sono stati esagerati per chiarezza.

 

Nel nucleo della Via Lattea, avvolto da dense nubi di polvere oscura, a circa 26 000 anni luce da noi giace il buco nero supermassiccio più vicino alla Terra. Con una massa pari a quattro milioni di volte quella solare, è attorniato da un ristretto gruppo di stelle in orbita ad alta velocità. Questo oggetto, che genera senz’altro il campo gravitazionale più intenso nella nostra galassia, ci regala la zona perfetta per esplorare la fisica gravitazionale e per verificare la relatività generale di Einstein.

Osservazioni nella banda dell’infrarosso, acquisite con i sensibilissimi strumenti GRAVITY, SINFONI e NACO collocati sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, hanno permesso nel maggio 2018 di seguire una delle stelle in orbita stretta al buco nero supermassiccio, nota come S2. Nel punto di massima prossimità al BN , S2 si trovava a meno di 20 miliardi di chilometri da esso – 120 UA, quasi quattro volte lo spazio tra Sole e Nettuno, circa 1500 volte il raggio dell’OE del BN – e si muoveva alla velocità di oltre 25 milioni di chilometri orari – circa il tre percento della velocità della luce. L’orbita molto eccentrica di S2 si compie in circa 16 anni.

Il gruppo ha comparato posizione e la velocità registrate da GRAVITY e da SINIFONI, congiuntamente alle passate osservazioni di S2 ottenute da altri strumenti, con quanto previsto della gravità newtoniana, dalla relatività generale e da diverse teorie della gravità. Quanto registrato è incompatibile con le previsioni della meccanica newtoniana, mentre è in perfetto accordo con la relatività generale.

Queste misurazioni parecchio precise sono state compiute da un’equipe planetaria con a capo Reinhard Genzel dell’MPE (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) di Garching (Germania).

Questi studi sono la vetta di una serie di rilevamenti sempre più esatti del centro della Via Lattea ricavati dagli strumenti dell’ESO. Gli studi del nucleo della Via Lattea devono essere eseguiti in luce infrarossa, perché le nubi di pulviscolo tra la Terra e la zona centrale assorbono quasi totalmente la luce visibile.

“Abbiamo già osservato un precedente passaggio ravvicinato di S2 attorno al BN nel nucleo della nostra galassia. Ma ora, grazie all’evoluzione tecnologica degli apparecchi a disposizione, siamo stati capaci di esaminare la stella con una risoluzione mai raggiunta prima,” spiega Genzel. “Ci siamo organizzati im maniera approfondita a questo avvenimento, per diversi anni, perché volevamo ottenere il massimo da questa opportunità irripetibile di scrutare gli effetti della relatività generale”.

Le nuove misurazioni svelano chiaramente l’effetto di redshift gravitazionale. La luce dell’astro viene stirata e portata a lunghezze d’onda superiori dal campo gravitazionale fortissimo del BN, e le variazioni osservate delle lunghezze d’onda nella luce di S2 sono in completa sintonia con quanto previsto dalla relatività generale di Einstein. Non è mai stato rilevato prima questo scostamento dalle previsioni dalla teoria di Newton nel moto di una stella in orbita attorno a un buco nero supermassiccio.

Gli strumenti utilizzati hanno permesso rilevare il movimento della stella tra una notte e la successiva, mentre passa prossima al buco nero – a 26 000 anni luce da Terra.

“La prima osservazione di S2 con GRAVITY, compiuta circa due anni fa, ha rivelato immediatamente che sarebbe stato un laboratorio perfetto per le indagini sui buchi neri,” dice Frank Eisenhauer (MPE), Ricercatore Responsabile di GRAVITY e dello spettrografo SINFONI. “Durante il passaggio avremmo addirittura potuto rivelare la flebile luce attorno al buco nero nella gran parte delle riprese, il che ci avrebbe consentito di inseguire con accuratezza il moto della stella lungo la sua orbita, per arrivare infine alla rilevazione del redshfit gravitazionale nello spettro di S2.”

Passati più di cento di anni dalla divulgazione dell’articolo che espone le equazioni della relatività generale, Einstein ha ancora ragione – in un esperimento estremo che non avrebbe mai potuto sognare!

Gli studi continuano nel tentativo di rivelare a breve un altro effetto relativistico – la precessione di Schwarzschild, ovvero una minuscola rotazione dell’orbita della stella – man mano che S2 si separa dal buco nero.

 

Articoli di riferimento QUI e QUI.

 

Ringrazio per la preziosa collaborazione corrado973.

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Red Hanuman è nato poco tempo prima che l'uomo mettesse piede sulla Luna, e cresciuto a pane e fantascienza. Poteva non sentire il richiamo delle stelle? Chimico per formazione e biologo autodidatta per necessità, ha da sempre desiderato essere un astrofisico per vocazione e diletto, ma non ha potuto coronare il suo sogno. Attualmente, lavora nel settore ambiente. Da pochi anni studia il violino. Perché continua ad usare un nickname? Perché la realtà non può essere richiusa in un nome, e perché πάντα ῥεῖ ὡς ποταμός : tutto scorre come un fiume. Ma, soprattutto, perché Red Hanuman è chiunque coltiva in sé un desiderio di conoscenza ...

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3 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. @Red Hanuman, guardando i grafici dell'orbita della stella sembra che il B.N. non occupi uno dei due fuochi dell'ellisse. La R. G. influenza anche questa regola o è solo un'approssimazione del grafico? Comunque tutte le volte che si conferma la R.G. si dimostra la grandezza di Einstein (O.T. Ho finito di leggere Einstein di Isaacson: molto interessante).

  2. La didascalia dell'immagine dice che si tratta dell'orbita di S2 proiettata nel cielo. Presumo quindi che sia semplicemente un effetto di prospettiva. Ma mi informerò meglio.