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Una pulsar per Einstein

Ancora una volta, Einstein aveva ragione. E la conferma della sua relatività generale arriva dall’universo distante. Non è la prima volta che l’astronomia serve a validare i pilastri della teoria einsteiniana: dai buchi neri alle onde gravitazionali passando per i neutrini, sono molti gli oggetti cosmici grandi e piccoli che fino ad oggi hanno dato ragione al fisico tedesco.

Stavolta è il turno delle pulsar, stelle di neutroni che ruotano vorticosamente su loro stesse. Queste trottole cosmiche hanno permesso a un team internazionale di scienziati di ottenere la più accurata conferma ad oggi di uno dei capisaldi della relatività generale, l’universalità della caduta libera.

Secondo questo principio, due corpi lasciati cadere in un campo gravitazionale sono sottoposti alla stessa accelerazione, a prescindere dalla loro composizione. Il primo a dimostrare l’universalità della caduta libera è stato Galileo: è diventato famoso l’esperimento in cui lo scienziato toscano lasciò cadere due oggetti di masse differenti dalla Torre di Pisa, proprio per dimostrare il loro atterraggio simultaneo al suolo. Ma è stato Einstein a sistematizzare successivamente questo concetto nella relatività generale, chiamandolo principio di equivalenza forte.

Così forte da valere anche per oggetti celesti estremi come le pulsar. Il nuovo studio, pubblicato su Astronomy and Astrophysics, dimostra che anche nel caso delle stelle di neutroni super veloci l’universalità della caduta libera resta corretta. Gli scienziati hanno analizzato in particolare i segnali della pulsar PSR J0337+1715, osservata grazie al radiotelescopio di Nançay in Francia.

Questa stella di neutroni ha un nucleo che corrisponde a circa 1,44 volte la massa del Sole, collassato in una sfera di soli 25 chilometri di diametro. La sua elevatissima densità la porta ad avere un campo gravitazionale molto forte. PSR J0337+1715 orbita attorno a due nane bianche, che invece hanno un campo gravitazionale molto più debole.

«Questo sistema ha una configurazione unica – commenta Guillaume Voisin dell’Università di Manchester – simile a quella del sistema Terra-Luna-Sole. La presenza di una seconda stella compagna (che gioca il ruolo del Sole) verso cui gli altri due oggetti “cadono” (orbitano) ci ha permesso di eseguire una versione stellare del famoso esperimento di Galileo dalla Torre di Pisa. Ovvero, due corpi di differenti composizioni cadono con la stessa accelerazione nel campo gravitazionale di un terzo oggetto».

La pulsar emette un fascio di onde radio che si diffonde nello spazio. Registrando questo segnale con il radiotelescopio di Nançay, i ricercatori hanno osservato che a ogni orbita della pulsar il tempo di arrivo sulla Terra è lievemente ritardato. Questo ha permesso di dedurre con un elevatissimo livello di precisione il moto della stella. Convalidando la teoria einsteiniana:

i dati dimostrano infatti che persino l’estremo campo di gravità della pulsar segue le previsioni della relatività generale con una precisione del 95%. Einstein trova dunque ancora oggi conferme anche dalle densissime e velocissime trottole cosmiche dell’universo.

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