Con l'aiuto di misure estremamente precise di una pulsar rotante attorno all'orbita della White Dwarf, gli astronomi hanno scoperto che la costante gravitazionale, che determina la forza di gravità, è "incoraggiantemente costante" nell'intero universo.
È stato a lungo creduto che la costante gravitazionale (o semplicemente "G") fosse la stessa nell'intero universo, proprio come la velocità della luce nel vuoto e la costante di Planck sono conosciute come costanti universali. Ma come possiamo essere sicuri di questo?
In passato, gli scienziati riflettevano i laser della luna per determinare la sua distanza dalla Terra, avvicinandosi alla misura esatta di G. E ora gli scienziati, usando il radiotelescopio Green Bank in West Virginia e l'osservatorio di Arecibo a Puerto Rico, esaminarono il sistema solare in dettaglio e fissarono i lampi fissi di radiazione prodotto da una stella di neutroni o una pulsar rotante, distanti migliaia di anni luce.
Le pulsar sono un orologio cosmico del nostro universo. Sono gli antichi resti di grandi stelle che sono uscite, sono sopravvissute all'esplosione di una supernova e ora sono costituite da materia molto densa e degradante con un diametro inferiore a 32 km. Le pulsar hanno anche potenti campi magnetici che possono generare raggi di emissione radio estremamente collimati. Ogni volta che la pulsar ruota, i raggi polari possono essere inviati sulla Terra e registrati sotto forma di pulsazioni: proprio come un lampo di un faro lampeggia a una certa distanza. Per la misurazione del tempo, questa ondulazione è assolutamente di riferimento. Gli astronomi osservano questi oggetti come i cronometristi più accurati dell'universo, in competizione con gli orologi atomici più avanzati che abbiamo sulla Terra.
Ora, studiando uno dei pulsar speciali chiamati PSR J1713 + 0747, gli astronomi hanno effettuato le misurazioni più accurate di G al di fuori del sistema solare.
"La costanza soprannaturale di questi resti stellari ha fornito prove intriganti che la forza fondamentale della gravità, la" grande G della fisica ", rimane invariata nello spazio, afferma l'astronomo Weiwei Zhu, ex dipendente dell'Università della British Columbia in Canada, in un comunicato stampa dell'NRAO. "Questa osservazione ha implicazioni importanti per la cosmologia e alcune forze fondamentali della fisica".
Zhu è l'autore principale di un nuovo studio pubblicato nell'Astrophysical Journal.
PSR J1713 + 0747 è il laboratorio ideale per studiare alcuni dei valori più fondamentali di spazio, tempo e relatività. Innanzitutto, ha un'orbita ampia e unica attorno a una nana bianca. Pulsar impiega 68 giorni per completare un cerchio completo. È anche incredibilmente luminoso - una delle pulsar più luminose conosciute. Come una stella doppia, il sistema perde una quantità molto piccola di energia attraverso le onde gravitazionali - fenomeni previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein.
La loro ampia e stabile orbita significa che questa perdita di energia, essendo estremamente piccola, ha scarso effetto sull'orbita della pulsar, il che la rende un obiettivo primario per qualsiasi osservazione della gravità. (Con un'orbita più compatta, si spenderebbe più energia per separarsi dal sistema usando le onde gravitazionali, verrebbero creati errori nelle misurazioni delle caratteristiche dell'orbita della pulsar). Quindi, ora possiamo misurare con precisione il carattere gravitazionale di questo sistema stellare. Perché è così importante?
Il sistema a doppia stella della pulsar e della nana bianca si trova a una distanza di 3750 anni luce dalla Terra, e il valore G ottenuto dopo 21 anni di osservazioni radio coincide quasi completamente con le misurazioni più accurate di G ottenute dal nostro Sistema Solare. Quindi, sembra (almeno in questo test) che G sia costante nell'intero universo conosciuto.
"La gravità è il potere che lega insieme stelle, pianeti e galassie", ha detto l'astronomo e co-autore Scott Rhans dell'Osservatorio nazionale di radioastronomia (NRAO). "Sebbene sembri essere permanente sulla Terra, ci sono alcune teorie in cosmologia, in cui si presume che la gravità possa cambiare in un altro tempo o in altre parti dell'Universo."
"Questi risultati, vecchi e nuovi, ci permettono di escludere con sicurezza la probabilità dell'esistenza di periodi o luoghi" speciali "con un comportamento gravitazionale differente", ha affermato l'astronoma e co-autore Ingrid Stairs, anch'essa dell'Università della British Columbia in Canada. "Le teorie della gravità, che differiscono dalla teoria generale della relatività, spesso fanno previsioni del genere, e abbiamo messo nuovi quadri sui parametri che descrivono queste teorie".
"La costante gravitazionale è una costante fondamentale della fisica, quindi è importante verificare questa ipotesi generale usando oggetti in luoghi, tempi e condizioni diversi", ha aggiunto Zhu. "Il fatto che vediamo che la gravità si comporta allo stesso modo, sia nel nostro sistema solare che nei sistemi di stelle lontane, conferma che la costante gravitazionale è in effetti universale". È interessante notare che nel prossimo futuro riceveremo un altro "laboratorio della teoria della relatività", quando il programma globale Event Horizon Telescope (EHT) inizierà a ricevere dati di alta precisione, probabilmente entro la fine di quest'anno.
L'EHT è un interferometro globale di un'antenna radio distribuita che registra i dati da un buco nero supermassiccio nel centro della nostra galassia, noto come Sagittario A * (o Sgr A *). Gli astronomi si stanno preparando per la prima volta a esaminare il forte laboratorio di gravità, che rivela l'ambiente gravitazionale più estremo finora conosciuto e la fisica potenzialmente in grado di aprire oltre la teoria generale della relatività.
È interessante vedere se il valore di G rimarrà costante anche ai margini di Event Horizon ...
