Immagina di essere un astronomo con idee interessanti sulle leggi segrete del cosmo. Come ogni buon scienziato, pianifichi un esperimento per verificare la tua ipotesi. E poi improvvisamente la cattiva notizia: non c'è modo di provarlo, tranne forse una simulazione al computer. Gli oggetti cosmici sono troppo grandi e scomodi per crescere in una capsula di Petri o scontrarsi come particelle subatomiche.
Fortunatamente, ci sono rari luoghi nello spazio in cui la natura conduce i propri esperimenti, come PSR J0337 + 1715. Questo triplo sistema è stato osservato per la prima volta nel 2012 e nel 2014 gli scienziati hanno annunciato ufficialmente la sua scoperta. Si trova a 4200 anni luce di distanza nella costellazione del Toro.
Tre nuclei di stelle morte ruotano in una danza che potrebbe confermare - o portare a una revisione - l'idea di spazio-tempo di Einstein. La posta in gioco è alta. Negli anni '70, un sistema di due stelle morte fornì prove forti, anche se circostanziali, a sostegno della teoria della relatività generale di Einstein e che le onde gravitazionali che LIGO alla fine scoprì esistevano. Per questo lavoro, gli scienziati hanno ricevuto il premio Nobel.
Per comprendere PSR J0337 + 1715 come parte dell'esperimento, Joshua Sokol con New Scientist propone di rappresentarlo come un luogo fisico. All'incirca alla stessa distanza dal centro del sistema, a cui la Terra gira intorno al Sole, si trova una fredda nana bianca, i resti del nucleo solidificato di una stella come la nostra. Un po 'più in là c'è un'altra nana bianca più calda. Dovrebbe "gridare brillantemente" nel cielo, dice Scott Ransome del National Radio Astronomy Observatory in Virginia, che sovrintende alle osservazioni del sistema.
Ogni 1,6 giorni, questa nana bianca interna orbita attorno a un compagno invisibile a occhio nudo. Ma nella visione a raggi X o gamma, le due nane bianche sono relativamente deboli rispetto alla loro compagna, un oggetto sferico lungo 24 chilometri che è una volta e mezza la massa del Sole.
È una pulsar, il residuo di una stella molto più grande. Ruota una volta ogni 2,73 millisecondi, come un demone della polvere cosmica. Ogni rotazione rilascia un raggio di onde radio nel cielo che raggiunge la Terra ad ogni rotazione: usiamo i suoi segnali ultra precisi come un orologio cosmico. E poiché questi corpi hanno campi gravitazionali intensi e aggrovigliati, e abbiamo orologi legati ad essi, sarebbe estremamente conveniente testare Einstein.
Il team di Ransom sta monitorando il ticchettio della pulsar, misurando come cambiano le orbite dei tre corpi e confrontando i risultati con le previsioni della teoria di Einstein. Si concentrano su un'idea particolarmente seriamente.
Ricorda la storia apocrifa di Galileo sulla Torre Pendente di Pisa, che gettò oggetti a terra per dimostrare che masse diverse impiegano la stessa quantità di tempo per volare alla stessa distanza. L'astronauta David Scott ha fatto lo stesso esperimento sulla luna con una piuma e un martello.
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Il principio della cosiddetta equivalenza forte nella relatività generale continua questa idea. Sostiene che anche gli oggetti con i propri campi gravitazionali dovrebbero reagire alla gravità allo stesso modo degli altri.
Come con le piume e un martello, la nana bianca interna e la pulsar molto più pesante dovrebbero comportarsi allo stesso modo sotto l'attrazione gravitazionale della nana bianca esterna. In caso contrario, l'orbita della coppia interna diventerà più allungata del previsto e il principio di equivalenza verrà violato e la relatività generale sarà sbagliata.
E poi ci sarà shock e stupore. Ma prima o poi ci si potrebbe aspettare un tale shock, dal momento che la relatività generale è nota per non voler essere amica di altre teorie della natura.
"Qualsiasi teoria della gravità diversa dalla relatività generale prevede fondamentalmente che un forte principio di equivalenza fallirà a un certo livello", afferma Ransome.
Alla conferenza Pulsar di settembre nel Regno Unito, il team di Ransom spera di annunciare nuovi risultati, a partire dal lavoro di Anna Archibald, che metterà alla prova il principio di equivalenza da 50 a 100 volte meglio che mai. Non l'hanno ancora fatto, afferma Ransom, perché ci sono alcuni modelli di dati che sembrano violare il principio di equivalenza che devono essere esplorati più da vicino.
"Ovviamente questo sarà potente, quindi vogliamo assicurarci di aver compreso correttamente i dati", afferma Ransom. Al momento, i computer stanno ancora facendo analisi.
Quali sono le possibilità che quando il lavoro uscirà, le persone si emozioneranno?
“La maggior parte delle persone crede che un forte principio di equivalenza non possa fallire a questo livello. Questo è uno dei motivi per cui sbattiamo costantemente la testa contro il muro.
Forse PSR J0337 + 1715 è l'esperimento spaziale perfetto: un esperimento in cui la relatività generale si romperà definitivamente, non sulla carta, ma di sicuro. O aspetteremo ancora un po '.
Ilya Khel
