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Un effetto della Teoria della Relatività in una coppia di stelle lontane

The very small accretion disks in ultracompact X-ray binaries are special laboratories in which to study diskaccretion and outflows. Credit: CXC/M.Weiss

Cos’hanno in comune Einstein, il Gps e una coppia di stelle nella nostra galassia? L’elemento che li lega è un effetto della Teoria della Relatività Generale, lo spostamento verso il rosso o redshift, ovvero il fenomeno fisico per cui la radiazione elettromagnetica proveniente da una sorgente, che viene emessa a una certa lunghezza d’onda, manifesta un cambio di lunghezza d’onda durante il suo propagarsi.

Ora grazie all’osservatorio Chandra gli scienziati della Nasa hanno rilevato questo fenomeno in due stelle nella nostra galassia situate  a circa 29.000 anni luce dalla Terra. Sebbene queste stelle siano molto distanti, lo spostamento verso il rosso ha un impatto tangibile sulla vita moderna, poiché scienziati e ingegneri devono tenerne conto per consentire posizioni precise per il Gps.

Anche se gli astronomi hanno trovato prove certe degli spostamenti verso il redshift  nel nostro Sistema Solare, è stato difficile osservarle in oggetti più distanti. I nuovi risultati di Chandra forniscono prove convincenti degli effetti gravitazionali del redshift in gioco in un nuovo scenario cosmico.

Le due stelle oggetto dell’analisi  orbitano molto vicine tra loro – all’incirca alla distanza che intercorre tra la Terra e la Luna – in un sistema noto come 4U 1916-053. Una delle stelle ha perso i suoi strati esterni, è molto densa e orbita attorno alla compagna in circa 50 minuti. L’altra è una stella di neutroni, un oggetto ancora più denso che si forma  quando una stella massiccia collassa in un’esplosione di supernova.

Gli astronomi hanno analizzato gli spettri dei raggi X  ovvero la quantità di raggi X a diverse lunghezze d’onda – e  hanno trovato la firma caratteristica dell’assorbimento della luce a raggi X nel silicio e nel ferro. Successivamente sono state effettuate tre diverse analisi che mostrano un forte calo della quantità di raggi X rilevati vicino alle lunghezze d’onda in cui ci si aspetta che gli atomi di ferro o silicio assorbano i raggi X. I ricercatori hanno scoperto che il cambiamento nelle caratteristiche di assorbimento è lo stesso in ciascuna delle tre osservazioni di Chandra e che è causato dal redshift.

Come è possibile collegare questo fenomeno con la relatività generale e il Gps? La teoria di Einstein prevede che gli orologi sottoposti alla forza di gravità funzionino a una velocità inferiore rispetto a quelli visti da una regione lontana, che sperimenta una gravità più debole. Ciò significa che gli orologi sulla Terra osservati dai satelliti in orbita funzionano a una velocità inferiore. Per avere l’elevata  precisione necessaria per il Gps, questo effetto deve essere preso in considerazione o ci saranno piccole differenze di tempo, che sommate, porterebbero al rilevamento di posizioni imprecise.

Secondo gli astronomi è probabile che l’atmosfera ricca di gas che ricopre il disco vicino alla stella di neutroni abbia assorbito i raggi X. Nel corso del prossimo anno gli scienziati continueranno ad osservare questo particolare sistema alla ricerca di nuovi dettagli sulla sua evoluzione.

Fulvia Croci: Giornalista