Spazio e tempo nei vortici cosmici

Gigantesche trottole che trascinano con sé lo spazio-tempo, alterando le leggi della geometria e lo scorrere del tempo. Sono i buchi neri, oggetti tanto densi che il loro campo gravitazionale non lascia sfuggire neppure la luce dalla superficie. Oggetti che gli astrofisci conoscono ancora poco, ma che di tanto in tanto con il loro comportamento confermano le più spettacolari previsioni teoriche. L’ultima clamorosa novità arriva dal Massachusetts Institute of Technology (Mit). Un gruppo di ricercatori americani guidati da Wei Cui, del Centro per le ricerche spaziali del Mit, ha osservato per la prima volta le conseguenze della rotazione di buchi neri sullo spazio-tempo circostante.

La teoria della Relatività Generale, elaborata da Albert Einstein nel 1916, prevede che qualsiasi oggetto dotato di massa curvi lo spazio intorno a sé, proprio come accade quando si posa una pesante biglia sulla pelle di un tamburo. Una teoria che ha rivoluzionato la meccanica newtoniana e il concetto stesso di forza gravitazionale. Fino all’inizio del secolo il fatto che la Terra orbitasse intorno alla Luna era interpretato solo in termini di attrazione gravitazionale. Con l’intuizione di Einstein si cambia totalmente prospettiva: e la gravità, anziché una forza, diventa una espressione geometrica. Il Sole, con la sua grande massa curva lo spazio che ha intorno. E la Terra non può che “scivolare” sullo spazio-tempo, percorrendo così la sua orbita ellittica.

Tuttavia, sempre secondo la Relatività Generale, lo spazio oltre che curvato può essere anche “trascinato”. Per esempio se un oggetto molto denso ruota su se stesso. Il fenomeno è però quasi impercettibile, visto che coinvolge una parte su mille miliardi. Per poterlo scoprire è dunque necessario osservare oggetti la cui massa sia enorme: per esempio i buchi neri, che in pochi chilometri cubi contengono la materia di milioni di soli.

E’ quello che hanno fatto i ricercatori del Mit, e i loro risultati sono stati presentati durante un meeting della American Astronomical Society. Gli astrofisici americani hanno osservato il comportamento di cinque candidati buchi neri attraverso il Rossi X-ray Timing Explorer, un satellite messo in orbita dalla Nasa nel 1995 proprio per studiare oggetti ancora poco noti come le stelle di neutroni e i buchi neri.

Questi ultimi sono per definizione invisibili. Sono invece ben visibili i fenomeni che la loro presenza determina. Per esempio, se un buco nero è vicino a una stella, le sottrae materia con la sua potente attrazione gravitazionale. E se l’emorragia è abbastanza intensa, la materia che scorre verso il cuore del buco nero si surriscalda fino a raggiungere temperature elevatissime e a emettere lampi di raggi X. Proprio studiando le emissioni X provenienti dai cinque oggetti osservati, il team guidato da Wei Cui ha notato un trascinamento dello spazio-tempo dovuto alla rotazione dei buchi neri.

Infatti i raggi X emessi dal fiume di materia calda che cade verso i black hole hanno una frequenza che varia di tanto in tanto, come se la traiettoria percorsa subisse periodiche variazioni. Dopo settimane di calcoli, gli esperti della Nasa e del Mit sono giunti alla conclusione che solo il trascinamento gravitazionale previsto da Einstein può spiegare i dati raccolti dal Rossi X-ray Timing Explorer.

Ma quella ottenuta attraverso lo studio dei raggi X è una prova indiretta. Per questo la Nasa sta già lavorando a un esperimento che dovrebbe eliminare ogni dubbio. Si chiama Gravity Probe-B (traducibile con sonda gravitazionale-B) ed è un satellite che a bordo avrà giroscopi di precisione immersi in un bagno di elio. I giroscopi sono usati da tempo nella navigazione marina e aerea perché indicano costantemente una direzione scelta, senza risentire dei movimenti dell’oggetto su cui sono montati. Quelli a cui sta lavorando la Nasa saranno puntati verso alcune stelle e dovranno registrare le più piccole variazioni nella geometria dello spazio-tempo. Solo allora l’ennesima conferma alla Relatività di Einstein si potrà considerare definitiva.