Un altro effetto relativistico verificato in una stella che orbita attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea

Impressione artistica di Sagittarius A* ed S2
Impressione artistica di Sagittarius A* ed S2

Un articolo pubblicato sulla rivista “Astronomy & Astrophysics” descrive una verifica di un fenomeno previsto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein. Gli scienziati della collaborazione GRAVITY hanno usato osservazioni condotte con il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO in Cile per osservare gli effetti del moto di una stella chiamata S2 mentre passa attraverso il campo gravitazionale estremo vicino al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.

Il periodo orbitale della stella S2 è di circa 15,6 anni terrestri a una velocità che supera il 2% di quella della luce. Un articolo pubblicato nell’agosto 2017 sulla rivista “The Astrophysical Journal” descriveva un’analisi del suo moto e di quello di alcune altre stelle che orbitano attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, conosciuto come Sagittarius A* o semplicemente Sgr A*. L’analisi dei loro moti portò alla conclusione che risentivano di effetti relativistici ma non è l’unica ricerca che sfrutta il buco nero supermassiccio per testare la teoria della relatività generale.

Gli scienziati della collaborazione GRAVITY hanno usato le osservazioni fatte con tre strumenti del VLT: GRAVITY, SINFONI e NACO per cercare tracce di spostamento verso il rosso (redshift) gravitazionale. Questo fenomeno consiste nell’allungamento a lunghezze d’onda maggiori della luce di una stella che passa attraverso un campo gravitazionale sufficientemente intenso da influire su quella luce. Una stella come S2, che orbita attorno a un buco nero supermassiccio con il suo potentissimo campo gravitazionale, è perfetta per questo scopo.

Da 26 anni i telescopi dell’ESO stanno tenendo d’occhio la stella S2 ricostruendone l’orbita con una precisione sempre maggiore. Nello scorso decennio sul VLT sono stati installati prima lo strumento NACO e successivamente lo strumento SINFONI. Qualche anno fa è stato installato lo strumento GRAVITY, perfetto per questo tipo di ricerca.

Il 19 maggio 2018, S2 è passata relativamente vicina a Sagittarius A* e ciò significa che era la seconda volta che gli astronomi la vedevano mentre era al punto più vicino al buco nero supermassiccio. Stavolta gli strumenti a loro disposizione erano più avanzati e hanno permesso di ottenere immagini a una risoluzione molto superiore.

Lo strumento SINFONI ha permesso di misurare la velocità della stella S2 in avvicinamento e allontamento dalla Terra. Lo strumento GRAVITY montato sul VLT Interferometer (VLTI) ha permesso invece di misurare con precisione la posizione in continuo cambiamento di S2 per avere misure precise della sua orbita. La precisione di GRAVITY è tale da riuscire a rivelare lo spostamento della stella da una notte all’altra pur essendo distante oltre 26.000 anni luce.

Gli strumenti hanno permesso anche di rilevare i cambiamenti nella luce della stella S2 nel corso del suo avvicinamento e allontamento da Sagittarius A* con il risultato di rilevare il redshift gravitazionale. I cambiamenti nella lunghezza d’onda della sua luce corrispondono a quelli previsti dalla teoria della relatività generale.

L’immagine in alto (ESO/M. Kornmesser) mostra un’impressione artistica di Sagittarius A* al centro e di alcune posizioni della stella S2 nella sua orbita con le differenze nella sua luce. L’immagine in basso (ESO/L. Calçada/spaceengine.org) mostra una simulazione delle orbite di diverse stelle che orbitano attorno a Sagittarius A* tra le quali c’è anche S2.

Reinhard Genzel del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) in Garching, Germania, che ha guidato un team di scienziati di istituti, università ed enti vari del mondo, ha spiegato che lo strumento GRAVITY è stato fondamentale per ottenere la precisione nelle rilevazioni necessaria a questo tipo di verifiche. Gli studi delle stelle che orbitano attorno a Sagittarius A* continueranno per effettuare ulteriori verifiche del loro redshift gravitazionale ma anche di altri effetti relativistici in quello che è un enorme laboratorio cosmico.

Simulazione di orbite di stelle attorno a Sagittarius A*
Simulazione di orbite di stelle attorno a Sagittarius A*

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