Un team internazionale di astrofisici guidato dal professor australiano Matthew Bailes, dall'ARC Center of Excellence of Gravitational Wave Discovery (OzGrav), ha mostrato nuove entusiasmanti prove del "frame-dragging" - come la rotazione di un corpo celeste distorce lo spazio e il tempo - dopo aver tracciato l'orbita di una coppia stellare esotica per quasi due decenni. I dati, che è un'ulteriore prova della teoria della relatività generale di Einstein, viene pubblicata oggi la rivista Scienza .

Più di un secolo fa, Albert Einstein pubblicò la sua iconica teoria della relatività generale:la forza di gravità deriva dalla curvatura dello spazio e del tempo e che gli oggetti, come il Sole e la Terra, cambia questa geometria I progressi nella strumentazione hanno portato a un'ondata di scienza recente (vincitrice del premio Nobel) proveniente da fenomeni più lontani legati alla Relatività Generale. La scoperta delle onde gravitazionali è stata annunciata nel 2016; la prima immagine dell'ombra di un buco nero e delle stelle in orbita attorno al buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia è stata pubblicata proprio l'anno scorso.

Quasi 20 anni fa, un team guidato dal professor Bailes della Swinburne University of Technology, direttore dell'ARC Center of Excellence in Gravitational Wave Discovery (OzGrav), ha iniziato a osservare due stelle che ruotano l'una intorno all'altra a velocità sorprendenti con il radiotelescopio CSIRO Parkes da 64 metri. Uno è una nana bianca, la dimensione della Terra ma 300, 000 volte la sua densità; l'altra è una stella di neutroni che, mentre solo 20 chilometri di diametro, è circa 100 miliardi di volte la densità della Terra. Il sistema, che è stato scoperto a Parkes, è un sistema di meraviglia relativistico che va sotto il nome "PSR J1141-6545".

Prima che la stella esplodesse (diventando una stella di neutroni), un milione di anni fa, cominciò a gonfiarsi scartando il suo nucleo esterno che cadde sulla nana bianca vicina. Questi detriti in caduta hanno fatto girare la nana bianca sempre più velocemente, fino a quando il suo giorno è stato misurato solo in termini di minuti.

Nel 1918 (tre anni dopo che Einstein pubblicò la sua Teoria), I matematici austriaci Josef Lense e Hans Thirring si resero conto che, se Einstein aveva ragione, tutti i corpi rotanti avrebbero dovuto "trascinare" con sé il tessuto stesso dello spazio-tempo. Nella vita di tutti i giorni, l'effetto è minuscolo e quasi impercettibile. All'inizio di questo secolo, la prima prova sperimentale di questo effetto è stata osservata nei giroscopi in orbita attorno alla Terra, il cui orientamento è stato trascinato nella direzione della rotazione terrestre. Una nana bianca in rapida rotazione, come quello in PSR J1141-6545, trascina lo spazio-tempo 100 milioni di volte più forte!

Una pulsar in orbita attorno a una simile nana bianca rappresenta un'opportunità unica per esplorare la teoria di Einstein in un nuovo regime ultrarelativistico.

Autore principale del presente studio, Al dottor Vivek Venkatraman Krishnan (del Max Planck Institute for Radio Astronomy-MPIfR) è stato assegnato il non invidiabile compito di districare tutti gli effetti relativistici concorrenti in gioco nel sistema come parte del suo dottorato di ricerca. alla Swinburne University of Technology. Notò che, a meno che non consentisse un graduale cambiamento nell'orientamento del piano dell'orbita, La Relatività Generale non aveva senso.

Il dottor Paulo Friere di MPIfR si è reso conto che il trascinamento del fotogramma dell'intera orbita potrebbe spiegare la loro orbita inclinata e il team presenta prove convincenti a sostegno di ciò nell'articolo di giornale di oggi:mostra che la relatività generale è viva e vegeta, esibendo ancora un'altra delle sue numerose previsioni.

Il risultato è particolarmente piacevole per i membri del team Bailes, Willem van Straten (Auckland University of Tech) e Ramesh Bhat (ICRAR-Curtin) che si sono recati al telescopio Parkes da 64 m dall'inizio degli anni 2000, mappare pazientemente l'orbita con l'obiettivo finale di studiare l'Universo di Einstein. "Questo rende tutte le notti tarde e le prime mattine utili, " ha detto Bhat.

Commento dell'esperto:

L'autore principale Vivek Venkatraman Krishnan, Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR):"In un primo momento, la coppia stellare sembrava esibire molti degli effetti classici previsti dalla teoria di Einstein. Abbiamo poi notato un graduale cambiamento nell'orientamento del piano dell'orbita".

"Le pulsar sono orologi cosmici. La loro elevata stabilità rotazionale significa che qualsiasi deviazione dal tempo di arrivo previsto dei suoi impulsi è probabilmente dovuta al movimento della pulsar o agli elettroni e ai campi magnetici che incontrano gli impulsi. La temporizzazione delle pulsar è una tecnica potente in cui possiamo utilizzare orologi atomici ai radiotelescopi per stimare il tempo di arrivo degli impulsi dalla pulsar ad altissima precisione.Il movimento della pulsar nella sua orbita modula il tempo di arrivo, consentendo così la sua misurazione."

Dr. Paulo Freire:"Abbiamo ipotizzato che questo potrebbe essere, almeno in parte, a causa del cosiddetto 'frame-dragging' a cui tutta la materia è soggetta in presenza di un corpo rotante come previsto dai matematici austriaci Lense e Thirring nel 1918."

Professor Thomas Tauris, Università di Aarhus:"In una coppia stellare, la prima stella a collassare spesso ruota rapidamente a causa del successivo trasferimento di massa dalla compagna. Le simulazioni di Tauris hanno aiutato a quantificare l'entità della rotazione della nana bianca. In questo sistema l'intera orbita viene trascinata dalla rotazione della nana bianca, che è disallineato con l'orbita."

Dottor Norbert Wex, Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR):"Una delle prime conferme del frame-dragging ha utilizzato quattro giroscopi in un satellite in orbita attorno alla Terra, ma nel nostro sistema gli effetti sono 100 milioni di volte più forti".

Evan Keane (SKA Organisation):"Le pulsar sono super orologi nello spazio. I super orologi in forti campi gravitazionali sono i laboratori dei sogni di Einstein. Abbiamo studiato uno dei più insoliti di questi in questo sistema stellare binario. Trattando gli impulsi periodici di luce da la pulsar come il ticchettio di un orologio possiamo vedere e districare molti effetti gravitazionali mentre cambiano la configurazione orbitale, e l'ora di arrivo degli impulsi di clock. In questo caso abbiamo visto la precessione Lens-Thirring, una previsione di Relatività Generale, per la prima volta in un sistema stellare."

Willem van Straten (AUT):"Dopo aver escluso una serie di potenziali errori sperimentali, abbiamo iniziato a sospettare che l'interazione tra la nana bianca e la stella di neutroni non fosse così semplice come si era ipotizzato fino ad oggi".