Gli scienziati hanno osservato una stella morta 'trascinare' il tessuto della realtà

Nel 1918, un paio di matematici austriaci chiamati Josef Lense e Hans Thirring stavano riflettendo sulle implicazioni della teoria della relatività generale che Albert Einstein aveva pubblicato poco tempo prima. Se il tessuto dello spazio poteva essere piegato dalla gravità, si sono accorti, questo significava che un oggetto in rotazione rapida avrebbe potuto trascinare il continuum spaziotemporale attorno a sé mentre girava.

Un secolo dopo, un gruppo di scienziati è riuscito a osservare proprio questo effetto, noto come l'effetto di trascinamento (o frame-dragging) di Lense-Thirring, mentre avveniva in un sistema stellare chiamato PSR J1141-6545, stando a uno studio pubblicato giovedì scorso su Science.

"Questa è la prima prova di effetto di Lense-Thirring in un sistema di stelle binarie," ha detto via email l'autore principale dello studio, Vivek Venkatraman Krishnan, fisico dell'Istituto Max Planck di Astrofisica. "Questi sono sistemi in cui ci sono due stelle che orbitano una intorno all'altra, a differenza del nostro Sole, che è invece una stella solitaria."

Gli astronomi hanno scoperto PSR J1141–6545 negli anni Novanta, usando il radio telescopio Parkes in Australia e si sono presto accorti che si trattava di un laboratorio naturale molto utile per testare la relatività generale. Se infatti la teoria predice che tutti gli oggetti rotanti trascinino lo spazio intorno a loro, l'effetto del frame-dragging è molto più facile da osservare intorno a corpi celesti massicci che vorticano a velocità incredibili.

Il sistema contiene una pulsar e una nana bianca, due tipi diversi di stelle morte. La nana bianca ruota molto velocemente per via delle interazioni precedenti con la sua compagna, mentre la pulsar ultra-densa si comporta come una sorta di gigantesco "orologio cosmico" che gli scienziati usano per misurare il frame-dragging dello spaziotempo mentre la nana bianca vortica.

"Il periodo di rotazione del nostro solo è di circa 25 giorni, troppo lento per provocare un trascinamento misurabile," ha spiegato Venkatraman Krishnan. "Invece, corpi come i buchi neri, le stelle di neutroni e le nane bianche—se abbastanza massicce e veloci per la loro categoria—possono offrirci un effetto di Lense-Thirring misurabile."

PSR J1141-6545 è particolarmente unico nel suo genere perché la nana bianca nel sistema si è formata prima della pulsar, che è uno scenario ben più raro del contrario nei sistemi binari. La stella da cui si è creata la pulsar era già sul letto di morte circa un milione di anni fa, ma prima di esplodere nella sua attuale forma super-densa, ha perso grossa parte del suo materiale più esterno.

Un po' di quella materia stellare si è rovesciata sulla nana bianca, mettendo il turbo al suo tempo di rotazione, che si attesta a circa tre minuti, contro la media di un giorno (per la scala oraria della Terra) più tipico delle nane bianche.

Per un caso fortuito, la compagna della nana bianca emette impulsi di luce con un ritmo molto preciso—da cui la definizione di pulsar—che è ciò che rende questi oggetti dei veri e propri orologi cosmici incredibilmente utili. Negli ultimi 20 anni, gli astronomi hanno cronometrato gli impulsi provenienti da PSR J1141-6545 con una precisione di frazioni piccolissime di secondo. Questo ha permesso loro di osservare uno spostamento graduale del piano orbitale del sistema di 0,0004 gradi all'anno, che il nuovo studio ha confermato essere dovuto al frame-dragging generato dalla rotazione vertiginosa della nana bianca.

"La ragione per cui siamo riusciti nell'impresa è che c'è una pulsar nel sistema," ha detto Venkatraman Krishnan. "Le pulsar hanno una stabilità di rotazione estrema, e quando uno dei loro poli guarda la Terra, ci inviano un impulso per ogni rotazione. Questo può essere usato per mappare l'orbita della pulsar con una precisione altissima—qualcosa che è semplicemente impossibile fare con altre stelle."

Per quanto effetti di Lense-Thirring deboli siano stati osservati anche intorno al nostro pianeta usando satelliti estremamente sensibili, questo sistema binario esotico "induce un frame-dragging che è 100 milioni di volte più potente di quello della Terra," ha spiegato Venkatraman Krishnan.

Il gruppo di scienziati spera che questa osservazione conduca ad altre ricerche di effetti di trascinamento estremo nell'universo. La caccia al fenomeno cosmico sarà rafforzata dalla prossima generazione di radio osservatori, come il telescopio MeerKAT in Sud Africa.

"L'emisfero meridionale gode della porzione più ricca di piano galattico della nostra Via Lattea," ha detto Venkatraman Krishnan. "Il nuovo telescopio MeerKAT ha aperto diverse nuove strade per cercare e osservare altri sistemi binari esotici," che possono aiutare gli scienziati "a comprendere le leggi fondamentali della fisica."