Dal buco nero della Via Lattea una nuova conferma della teoria di Einstein

Einstein
Credits immagine: Nicole R. Fuller, National Science Foundation

Ha oltre cento anni, ma continua a ringiovanire anno dopo anno, scoperta dopo scoperta. Non parliamo di un novello Benjamin Button, ma della teoria della relatività generale pubblicata nel 1916 da Albert Einstein. Che per l’appunto, in barba al tempo che passa, incassa nuove conferme sperimentali che mostrano quanto bene riesca a descrivere il comportamento della gravità su grandi scale. L’ultima è di pochi giorni fa: un’équipe di cosmologi della University of California Los Angeles (Ucla) ha studiato il comportamento di una stella che orbita attorno a Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, mostrando che la forza gravitazionale esercitata dal buco nero nei confronti della stella è perfettamente coerente con le previsioni teoriche della relatività generale. Lo studio è stato pubblicato su Science.

Relatività generale: un ripasso

La relatività generale, che il fisico Max Born definì non a torto “la più sorprendente combinazione di penetrazione filosofica, intuizione fisica e abilità matematica”, è una teoria elaborata da Einstein nei primi anni del ventesimo secolo per risolvere delle contraddizioni tra la relatività ristretta e la gravitazione universale di Newton. Per uscire dal ginepraio, Einstein elaborò un’equazione di campo che rivoluzionava completamente il concetto di gravità: secondo tale equazione, che rappresenta il nocciolo della relatività generale, la forza gravitazionale altro non è che la manifestazione della curvatura di una nuova entità, lo spazio-tempo, una specie di tessuto a quattro dimensioni, una temporale e tre spaziali, in cui risiede il nostro Universo. Per spiegare questo meccanismo, i fisici si aiutano spesso con la metafora del foglio di gomma. Lo spazio-tempo si può immaginare, per l’appunto, come una superficie “morbida che viene curvata dalle masse che vi sono “appoggiate” (anche se la metafora non è assolutamente corretta dal punto di vista scientifico, rende abbastanza bene l’idea di Einstein). La forza di gravità avvertita, per esempio, dalla Terra nei confronti del Sole è il risultato della curvatura del foglio di gomma quadridimensionale causata dalla massa del Sole stesso. Per sviluppare la sua intuizione, Einstein si servì degli strumenti matematici appena messi a punto dagli italiani Luigi BianchiGregorio Ricci-Curbastro e Tullio Levi-Civita.

Einstein ha ragione, già lo sapevamo

La relatività generale, naturalmente, non è solo una bella ipotesi. È stata ampiamente verificata. La prima conferma arrivò già nel 1919, in occasione di un’eclissi di Sole. L’astronomo Arthur Eddington, infatti, riuscì a osservare alcune stelle molto vicine al bordo del Sole, che avrebbero dovuto essere invisibili perché si trovavano “dietro il Sole stesso (rispetto al punto di vista di un osservatore terrestre). Il fenomeno avveniva perché, come predetto da Einstein, anche la luce delle stelle era deviata dalla curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla massa del Sole. A questa verifica ne sono seguite molte altre: una delle più recenti è stata l’osservazione di una supernova distante la cui luce si divide in ben quattro percorsi diversi sempre a causa della curvatura dello spazio-tempo (in gergo scientifico, l’effetto è chiamato lente gravitazionale), dando origine alla cosiddetta croce di Einstein.

Una nuova conferma

Arriviamo così allo studio appena pubblicato. Che, come anticipato, è una nuova conferma della correttezza della teoria di Einstein. Gli autori del lavoro, in particolare, hanno osservato il cosiddetto redshift gravitazionale nello spettro della luce emessa dalla stella in rotazione attorno al buco nero: si tratta di un fenomeno per cui la luce si “sposta” verso lunghezze d’onda maggiori per effetto della forza di gravità esercitata da un oggetto dotato di grande massa, come per l’appunto Sagittarius A*. Per rivelare questo effetto, gli scienziati hanno tenuto d’occhio la stella per oltre 20 anni – tenendo conto del fatto che l’astro impiega 16 anni per compiere un’orbita completa attorno al buco nero – e analizzato da vicino il comportamento dei fotoni emessi dalla stella verso la Terra. Ne è emersa, per l’appunto, la presenza di un significativo spostamento verso il rosso, in linea con le previsioni di Einstein. Ancora una volta esatte.

Credits immagine: Nicole R. Fuller, National Science Foundation
Riferimenti: Science doi: 10.1126/science.aav8137