Il test di gravità più preciso al di fuori del Sistema Solare


Lo studio è stato condotto attraverso i dati acquisiti dai telescopi Hubble della Nasa e Very Large Telescope dell’Eso, osservando l’effetto lente gravitazionale di una galassia.

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Ecco un’immagine della vicina galassia ESO 325-G004, ottenuta a partire dai dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e dallo strumento MUSE installato sul VLT.

Alcuni astronomi hanno usato lo strumento MUSE installato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO in Cile e il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA per effettuare il test più preciso finora della teoria della relatività generale di Einstein al di fuori della Via Lattea. 

La galassia vicina ESO 325-G004 funge da potente lente gravitazionale, distorcendo la luce che proviene da una galassia distante, nascosta dietro di essa, per creare un anello di Einstein intorno al proprio centro. Confrontando la massa di ESO 325-G004 con la curvatura dello spazio circostante, gli astronomi hanno trovato che la gravità su queste scale di dimensione astronomica si comporta come descritto dalla relatività generale. Questo permette di escludere alcune teorie alternative della gravità.

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Questa immagine schematica mostra come la luce di una galassia lontana venga deformata dall’effetto gravitazionale di una galassia in primo piano che si comporta come una lente e fa apparire la galassia distante distorta ma più brillante, andando a comporre caratteristici anelli di luce, noti come anelli di Einstein. L’analisi della distorsione ha rivelato che alcune delle galassie lontane che formano stelle sono brillanti come 40mila miliardi di Soli, amplificate dall’effetto della lente gravitazionale fino a 22 volte.

Con lo strumento MUSE installato sul VLT dell’ESO, un’equipe guidata da Thomas Collet, dell’Università di Porthsmouth nel Regno Unito, ha calcolato per la prima volta la massa di ESO 325-G004 misurando i moti delle stelle all’interno di questa vicina galassia ellittica.

Collett spiega: “Abbiamo usato i dati del VLT in Cile per misurare la velocità delle stelle in ESO 325-G004 – e ciò ci ha peremsso di capire quanta massa debba esserci nella galassia per mantenere le stelle in orbita.”

Ma l’equipe ha potuto anche misurare un’altro aspetto della gravità. Usando il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA hanno osservato un anello di Einstein prodotto dalla luce di una galassia distante che viene distorta dalla presenza di ESO 325-G004 sulla linea di vista. 

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Due metodi per misurare la massa di una galassia.

Osservare l’anello ha permesso agli astronomi di misurare come la luce, e perciò anche lo spazio-tempo, vengono distorti dall’enorme massa di ESO 325-G004.

La teoria delle relatività generale di Einstein prevede che gli oggetti deformino lo spazio-tempo intorno a loro, deflettendo così la luce che passa loro vicino. Ciò risulta in un fenomeno noto come lente gravitazionale. L’effetto è apprezzabile solo per oggetti molto massicci. Si conosce qualche centinaio di lenti gravitazionali forti, ma la maggior parte è troppo lontana per poterne misurare con precisione la massa. In ogni caso la galassia ESO 325-G004 è una delle lenti più vicine, a soli 450 milioni di anni luce dalla Terra

Collett continua: “Grazie allo strumento MUSE conosciamo la massa della galassia che sta in primo piano e abbiamo misurato la deformazione dovuta alla lente gravitazionale con Hubble. Abbiamo quindi confrontato questi due modi di misurare la forza di gravità – e i risultati sono stati quelli previsti dalla relatività generale, con un’incertezza di solo il 9 percento. È il test più preciso della relatività generale fuori dalla Via Lattea fino a oggi. E tutto questo usando una sola galassia!“.

La relatività generale è stata verificata con squisita accuratezza sulla scala del Sistema Solare, mentre i moti delle stelle al centro della Via Lattea sono in corso di studio, ma non c’erano stati in precedenza test accurati su più grandi scale astronomiche. Verificare le proprietà della gravità su grande scala è fondamentale per confermare la validità dei modelli cosmologici correntemente accettati.

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Questa immagine mostra lo zoo di galassie nell’ammasso Abell S0740, a più di 450 milioni di anni luce dalla Terra, nella direzione della costellazione del Centauro. La galassia ellittica ESO 325-G004 campeggia al centro.

I risultati qui riportati potrebbero avere implicazioni importanti per i modelli di gravità alternativi alla relatività generale. 

Queste teorie alternative prevedono che gli effetti della gravità sulla curvatura dello spazio-tempo dipendano dalla “scala”. Ciò significa che la gravità dovrebbe comportarsi in modo diverso sulle grandi scale astronomiche o sulle scale più piccole come quella del Sistema Solare. Collett e la sua squadra trovano che ciò sia improbabile a meno che le differenze si verifichino solo su scale più grandi di 6000 anni luce.

L’Universo è un posto fantastico, che ci fornisce queste lenti che possiamo usare come laboratori“, aggiunge uno dei membri del team: Bob Nichol dell’Università di Porstmouth. “Dà grande soddisfazione usare i migliori telescopi del mondo per sfidare Einstein, per scoprire alla fine che aveva ragione lui!“.

 

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La teoria della relatività generale di Einstein prevede che gli oggetti deformino lo spazio-tempo, facendo sì che la luce che passa loro vicino venga deflessa. L’effetto è apprezzabile solo per oggetti molto massicci. Una delle conseguenze di questa deformazione dello spazio-tempo è che la luce di una sorgente distante viene deviata da un oggetto massiccio, come una galassia, che si trova sul cammino. ESO 325-G004 è la macchia diffusa di luce nel centro dell’immagine che deforma la luce proveniente dalle galassie di fondo.

 

Fonte

 

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