Prime indicazioni di effetti di relatività nelle stelle in orbita intorno al buco nero supermassiccio al centro della Galassia


Una nuova analisi dei dati presi dal VLT (Very Large Telescope) dell’ESO e da altri telescopi suggerisce che le orbite delle stelle intorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea mostrino i quasi impercettibili effetti previsti dalla teoria generale della relatività di Einstein. L’orbita della stella S2 sembra deviare leggermente dal percorso calcolato con la fisica classica. Questo risultato stuzzicante è solo il preludio di misure ancora più precise e di verifiche della teoria della relatività che verranno effettuate con lo strumento GRAVITY quando la stella S2 passerà molto vicino al buco nero nel 2018.


 

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 a osservazioni già 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.

Artist's impression of the effect of general relativity on the o
Rappresentazione artistica degli effetti della relatività generale sull’orbita della stella S2 vicina al centro galattico.

Essi confrontano le orbite stellari misurate con le previsioni fatte utilizzando sia la teoria della gravità classica di Newton, che la relatività generale.

Il gruppo ha trovato indizi di piccoli cambiamenti nel moto di una stella, nota come S2, consistenti con le previsioni della relatività generale.

La variazione dovuta agli effetti relativistici è di solo pochi percento nella forma dell’orbita, e di un sesto di grado nell’orientamento dell’orbita stessa.

Se confermato, questa sarebbe 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.”

Image of the Galactic Centre
Immagine del centro galattico.

L’elevata accuratezza delle misure di posizione, resa possibile dagli strumenti di ottica adattiva per l’infrarosso del VLT, è essenziale per lo 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.

“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: “Questo apre nuove strade a teorie e esperimenti in questo ambito scientifico.”

L’analisi presentata è il preludio di un periodo esaltante 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 [7], 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 GRAVITY, che sta osservando il Centro Galattico e effettuando misure di alta precisione, riveli gli effetti di relatività generale molto chiaramente, ma anche che permetterà  agli astronomi di cercare deviazioni dalla relatività generale che potrebbero rivelare una nuova fisica.

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