Arrivata possibile spiegazione ad uno dei più grandi misteri della cosmologia. - Valerio Novara

 

Uno studio delle università di Bonn e St. Andrews propone una soluzione alla cosiddetta “tensione di Hubble”, un mistero della cosmologia.

1 Cos’è la tensione di Hubble, mistero della cosmologia

2 Come si calcola l’espansione dell’universo

3 Einstein si sbagliava?

4 Irregolarità nella distribuzione della materia

L’universo si sta espandendo. La velocità con cui lo fa è descritta dalla cosiddetta costante di Hubble-Lemaitre. Ma c’è una controversia su quanto sia effettivamente grande questa costante: diversi metodi di misurazione forniscono valori contraddittori. Questa “tensione di Hubble” rappresenta un enigma per i cosmologi. I ricercatori delle Università di Bonn e St. Andrews propongono una nuova soluzione: utilizzando una teoria alternativa della gravità, la discrepanza nei valori misurati può essere facilmente spiegata. La tensione di Hubble scompare ed è uno dei misteri della cosmologia.

Cos’è la tensione di Hubble, mistero della cosmologia.

L’espansione dell’universo fa sì che le galassie si allontanino le une dalle altre. La velocità con cui lo fanno è proporzionale alla distanza tra loro. Ad esempio, se la galassia A è due volte più lontana dalla Terra rispetto alla galassia B, anche la sua distanza da noi cresce due volte più velocemente. L’astronomo statunitense Edwin Hubble fu uno dei primi a riconoscere questa connessione.

L’immagine mostra la distribuzione della materia nello spazio: i punti gialli rappresentano le singole galassie). La Via Lattea (verde) si trova in un’area con poca materia. Le galassie nella bolla si muovono nella direzione delle densità di materia più elevate (frecce rosse). L’universo sembra quindi espandersi più velocemente all’interno della bolla. Credit: Kroupa / University of Bonn.

Come si calcola l’espansione dell’universo.

Per poter calcolare la velocità con cui due galassie si allontanano l’una dall’altra è quindi necessario sapere quanto sono distanti. Tuttavia, ciò richiede anche una costante per la quale questa distanza deve essere moltiplicata. Si tratta della cosiddetta costante di Hubble-Lemaitre, un parametro fondamentale in cosmologia. Il suo valore può essere determinato, ad esempio, osservando le regioni più distanti dell’universo. Ciò dà una velocità di quasi 244.000 chilometri orari per distanza di megaparsec (un megaparsec corrisponde a poco più di tre milioni di anni luce).

Einstein si sbagliava?

A proposito di costante di Hubble. Secondo gli scienziati, la materia dovrebbe essere distribuita uniformemente nello spazio. Se così fosse, tuttavia, sarebbe difficile spiegare quali forze spingano le galassie alla loro elevata velocità. “Il modello standard si basa su una teoria della gravità avanzata da Albert Einstein“, affermano gli autori dello studio. “Tuttavia, le forze gravitazionali potrebbero comportarsi diversamente da quanto Einstein si aspettava”.

Lo scienziato Albert Einstein

Irregolarità nella distribuzione della materia.

I gruppi di lavoro delle Università di Bonn e St. Andrews hanno utilizzato una teoria della gravità modificata in una simulazione al computer. Questa “dinamica newtoniana modificata” (abbreviazione: MOND) è stata proposta quattro decenni fa dal fisico israeliano Prof. Dr. Mordehai Milgrom. Se la gravità si comportasse secondo le ipotesi di Milgrom, la tensione di Hubble scomparirebbe: in realtà esisterebbe solo una costante per l’espansione dell’universo e le deviazioni osservate sarebbero dovute a irregolarità nella distribuzione della materia.

https://www.passioneastronomia.it/arrivata-possibile-spiegazione-ad-uno-dei-piu-grandi-misteri-della-cosmologia/?fbclid=IwY2xjawIG2ZVleHRuA2FlbQIxMQABHY1PPKzzz6RIan_FosejmBs2iU6Wa3iTVHq9aYd4QU9P4VsXlsguWd0FOA_aem_1qXMW8Fcjwasg9OYiUeSxw

C’è un grande problema che riguarda la gravità: ecco di che si tratta.

 

Modello di telo spaziotemporale che rappresenta la curvatura dello spazio causata da una grande massa centrale e l’orbita di una massa più piccola, illustrando il concetto di gravità secondo la teoria della relatività generale di Einstein.

Un gruppo di ricercatori ha scoperto un potenziale “problema tecnico cosmico” nella gravità dell’universo, spiegando il suo strano comportamento su scala cosmica.

Negli ultimi 100 anni i fisici si sono affidati alla teoria della “relatività generale” di Albert Einstein per spiegare come funziona la gravità nell’universo. La relatività generale, dimostrata da innumerevoli test e osservazioni, suggerisce che la gravità influisce non solo sulle tre dimensioni fisiche, ma anche su una quarta dimensione: il tempo. “Questo modello è stato determinante, dalla teorizzazione del Big Bang alla fotografia dei buchi neri”, ha affermato Robin Wen, l’autore principale dello studio. “Ma quando proviamo a comprendere la gravità su scala cosmica, incontriamo apparenti incongruenze con le previsioni della relatività. È come se la gravità stessa smettesse di corrispondere perfettamente alla teoria di Einstein. Chiamiamo questa incoerenza un “problema tecnico cosmico”: la gravità diventa circa l’1% più debole quando si tratta di distanze nell’ordine di miliardi di anni luce”.

Cosa succede alla gravità su larga scala.

Per più di vent’anni fisici e astronomi hanno cercato di creare un modello matematico che spiegasse le apparenti incongruenze della teoria della relatività generale. “Quasi un secolo fa, gli astronomi hanno scoperto che il nostro universo si sta espandendo“, ha detto Niayesh Afshordi, professore di astrofisica all’Università di Waterloo. “Più le galassie si allontanano, più velocemente si muovono, al punto che sembrano muoversi quasi alla velocità della luce. La nostra scoperta suggerisce che, su larga scala, la teoria di Einstein potrebbe non essere sufficiente”.

Cosa dice il nuovo modello proposto dagli scienziati.

Il nuovo modello estende le formule matematiche di Einstein in un modo da risolvere l’incoerenza di alcune misurazioni cosmologiche, senza influenzare gli usi esistenti e riusciti della relatività generale. “Pensatela come una nota a piè di pagina della teoria di Einstein”, ha detto Wen. “Una volta raggiunta una scala cosmica, si applicano termini e condizioni.” “Questo nuovo modello potrebbe essere solo il primo indizio di un puzzle cosmico che stiamo iniziando a risolvere nello spazio e nel tempo”, ha detto Afshordi. Lo studio, “Un problema tecnico cosmico nella gravità”, è stato pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

https://www.passioneastronomia.it/ce-un-grande-problema-che-riguarda-la-gravita-ecco-di-che-si-tratta/

La scoperta che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della gravità. - Salvo Privitera

 

La gravità, una delle forze fondamentali dell'Universo, potrebbe presto essere riscritta grazie a una particella ipotetica: il gravitone. Mentre altre forze come l'elettromagnetismo e le interazioni nucleari sono state descritte attraverso particelle subatomiche, la gravità non ha ancora una spiegazione quantistica definitiva.

Gli scienziati credono che il gravitone, una particella con massa zero e spin-2, possa essere la chiave per comprendere come la gravità si comporti a livello subatomico.

Il problema? Il gravitone è incredibilmente difficile da rilevare. Le sue interazioni con la materia sono così rare che nemmeno un rilevatore grande quanto Giove riuscirebbe a catturarne uno in tempi ragionevoli. Per dare un’idea, i neutrini, particelle che attraversano costantemente il nostro corpo senza essere fermati, interagiscono molto più frequentemente della gravità. Il gravitone, invece, è ancora più sfuggente.

Tuttavia, alcuni progressi sono stati fatti. Un team di ricercatori guidato dal Prof. Jiehui Liang ha scoperto un analogo del gravitone in un sistema ultra-freddo chiamato "effetto Hall quantistico frazionario". Questo esperimento, pur non rilevando un vero gravitone, potrebbe aprire nuove strade per esplorare le proprietà di questa particella misteriosa.

La scoperta del gravitone non rappresenterebbe solo un traguardo scientifico ma potrebbe finalmente unire la gravità alle altre forze fondamentali. Insomma, non dobbiamo fare altro che aspettare e affidarci alla scienza.

https://tech.everyeye.it/notizie/scoperta-rivoluzionare-comprensione-gravit-740812.html

Perché la luce subisce la gravità?

 

Perché la luce subisce la gravità e curva in sua presenza, se non ha massa?

Come spiego' Einstein nel divulgare le basi della relativita' generale... la risposta è semplice e richiede due affermazioni.
1) Perché la sua velocità non è infinita.
2) Perché la massa inerziale equivale alla massa gravitazionale.

E adesso la prima domanda che vi dovrebbe venire in mente immagino che sia:
"Che c'entra adesso la massa, se parliamo della luce, che di massa non ne ha? E soprattutto da quando le masse sono di due tipi?"

Ve lo spiego con due esempi.

Caso 1)
Immaginate di essere in un ascensore, mentre sta salendo.
Improvvisamente il cavo si spezza e voi precipitate.
Al di là del dramma, durante la caduta voi state galleggiando all'interno della cabina, e ogni cosa galleggia con voi.
Rispetto a ciò che vi circonda vi sembrerà di non essere più sotto l'effetto della gravità terrestre.
Questo solo perché la cabina precipita accelerando esattamente come voi a circa 9,8 m/sec2.
Ed ecco perché non è corretto dire che gli astronauti che galleggiano nello spazio sono in assenza di gravità, ma si dice invece che sono in caduta libera.
Quindi, se paradossalmente vi risvegliaste senza memoria all'interno di un ascensore in caduta libera, non sapreste dire se vi trovate nello spazio o sulla Terra (finché non vi schiantate al suolo, ovviamente...)

Caso 2)

Immaginate di essere viceversa in un astronave nello spazio, a galleggiare liberamente.
All'improvviso il pilota accende i motori e l'astronave parte con un accelerazione di 9,8 m/sec2.
A causa dell'inerzia, voi verreste spinti sulla parete opposta con la stessa accelerazione.
A quel punto potreste mettervi in piedi (su quella parete) e fare tutto quel che fate sulla terra perché avreste lo stesso peso.
Quindi, se paradossalmente vi risvegliaste senza memoria all'interno di astronave in accelerazione, non sapreste dire se vi trovate nello spazio o sulla Terra.

E a questo punto permettetemi una licenza: la Relatività Generale non la si deve ad Einstein ma a chi ha inventato gli ascensori!

I due casi precedenti sono utili a farci capire che di fatto per noi non c'è alcuna differenza tra l'accelerazione dovuta all'inerzia e quella dovuta alla gravità. Non siamo in grado di distinguerle in alcun modo. (Per favore, adesso non rispondetemi che le distinguiamo perché l'astronave è arredata in modo diverso da un ascensore, ok?)

E questo se ci pensate bene è strano. Molto strano.
Perché anche se la massa inerziale e quella gravitazionale sono grandezze omogenee e dunque hanno la stessa dimensione, di fatto sono concetti molto diversi.
La prima descrive la caratteristica dei corpi di opporsi al cambiamento del loro stato di moto: se il pilota accende i razzi dell'astronave tu vieni schiacciato sulla parete opposta perché la massa di cui sei fatto è "pigra" e vorrebbe continuare a fare quel che stava facendo prima (in questo caso specifico, niente).
La seconda invece descrive la capacità di attirare a sé altri corpi: questa è tutta un'altra cosa. Altroché pigrizia: questo suona come un superpotere, una cosa in stile "Magneto" degli X-Men, che di pigro non ha proprio nulla.

Una volta appurata questa "stranezza", cioè il fatto che possiamo considerare equivalenti la massa inerziale e quella gravitazionale, la cosa si fa interessante.

Immaginate di essere in quell'astronave spinta a 9.8 m/sec2. E voi che camminate tranquillamente sul fondo.
Avete una finestrella sottile sottile sulla parete alla vostra destra, diciamo posta a due metri da terra.
E all'improvviso da lì entra un raggio di luce (per semplicità diciamo un raggio laser).

Lui se ne stava andando per la sua strada, dritto dritto, ma finendo nella finestrella attraversa la stanza in cui vi trovate e finisce la sua corsa sulla parete opposta dell'astronave, dunque alla vostra sinistra, dove voi vedrete così un puntino luminoso.

La domanda fondamentale adesso è: a che altezza vedrete apparire quel puntino?
Se foste fermi ovviamente lo vedreste alla stessa altezza, cioé a due metri.
Ma voi vi state muovendo verso l'alto (rispetto al vostro punto di vista), e la luce come dicevamo all'inizio non ha una velocità infinita: quindi, per quanto poco, ci metterà del tempo per andare dalla parete di destra a quella di sinistra, e in quel tempo la vostra astronave si sarà spostata un pochino verso l'alto.
Dunque vedrete il puntino luminoso apparire un po' più in basso, rispetto ai due metri.
Ma non è la luce ad essersi abbassata, siete voi che nel frattempo siete saliti. Proprio come in un ascensore (ricordate l'equivalenza di prima?).

Attenti che non è finita, adesso anzi viene il bello.
Voi non vi state muovendo a velocità costante: voi siete sottoposti ad accelerazione, per via dei razzi accesi: cioé state accelerando a 9.8m/sec2.
Se foste stati in movimento a velocità costante, la traiettoria della luce, dalla parete di destra a quella di sinistra, sarebbe stata una retta inclinata verso il basso, per quanto abbiamo detto sopra.
Ma dato che voi accelerate, nel mentre che la luce attraversa la stanza in cui vi trovate, a ogni istante di tempo che passa, essa non scenderà verso il basso di un intervallo costante di spazio, ma scenderà anzi di un intervallo sempre crescente.

E se poteste vedere la traiettoria di quel raggio di luce come vi apparirebbe?
Semplice: sarebbe una curva.
Vedreste la luce curvare verso il basso.

Attenzione che questo è importante: come detto sopra, vale il principio che il raggio di luce in realtà non sta curvando.
Siete voi che state accelerando nella direzione perpendicolare al suo moto: e questo ve lo fa apparire curvo.

Ed ecco il gran finale.
In principio abbiamo detto che per noi non c'era differenza tra massa inerziale e gravitazionale.
Dunque per noi essere su un astronave sottoposta ad accelerazione di 9.8m/sec2 è esattamente come essere in piedi sul pianeta Terra.

Ed ecco dunque spiegato perché la luce curva in presenza di un campo gravitazionale.

#gravità
#luce
#ascensore
#massa
#inerziale

Niccolo' Gennari. 

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Tumori uccisi dall'assenza di gravità. Dallo spazio una nuova frontiera per le cure.

I test verranno condotti dalla prima missione australiana sulla stazione spaziale. "Non contiamo certo di trovare una cura definitiva ma si potrà lavorare in parallelo con le terapie esistenti e migliorarne l'efficacia".

SYDNEY - L'assenza della forza di gravità uccide le cellule tumorali. Bastano 24 ore di microgravità per farne morire tra l'80 e il 90%. E' quanto ha scoperto un team di ricercatori australiani che ora utilizzerà le missioni spaziali come laboratorio per capire i meccanismi che inducono la morte di queste cellule, per studiare nuove cure o migliorare l'efficacia di quelle già esistenti. Joshua Chou dell'Università di Tecnologia di Sydney e il suo assistente Anthony Kirollos sistemeranno, infatti, diversi tipi di cellule tumorali, fra le più difficili da sopprimere, in un congegno di piccole dimensioni che sarà mandato in orbita alla Stazione Spaziale Internazionale, nella prima missione australiana di ricerca spaziale.

Il progetto ha preso corpo quando Chou e i suoi collaboratori hanno osservato che il simulatore di microgravità del loro laboratorio, che riproduce l'ambiente spaziale riducendo la gravità, aveva un potente effetto su queste cellule. "Abbiamo condotto dei test su quattro differenti tipi di cancro, alle ovaie, al seno, al naso e ai polmoni, e abbiamo trovato che in 24 ore di microgravità, l'80-90% delle cellule moriva senza alcun trattamento farmaceutico", ha spiegato Chou alla radio nazionale Abc.

L'ipotesi è che la gravità ridotta uccida le cellule del tumore perché impedisce loro di comunicare. "Nello spazio le cellule del corpo cominciano a subire la condizione detta uploading meccanico", spiega lo studioso. "L'assenza di gravità ha effetto su come le cellule si muovono e agiscono e compromette la loro capacità di sopravvivenza". "Non contiamo certo di trovare una cura definitiva - ha concluso - ma si potrà lavorare in parallelo con le terapie esistenti e migliorarne l'efficacia".

https://www.repubblica.it/scienze/2019/08/28/news/tumori_uccisi_dall_assenza_di_gravita_dallo_spazio_una_nuova_frontiera_per_le_cure-234520643/?fbclid=IwAR1P9qk4z2cDX_SNoI-4vcKTXXXOY0AjC6ltO4h9qRzq6wRszImnnBjUvKI

LA MASSA DI UNA NANA BIANCA DERIVATA DA UNA MICROLENTE GRAVITAZIONALE. - Michele Diodati.

Un nuovo test passato a pieni voti per la relatività generale.

A novembre del 1919 Albert Einstein divenne improvvisamente una celebrità mondiale. In un convegno della Royal Society, tenuto il 7 novembre a Londra, erano stati resi noti i risultati della spedizione guidata da Sir Arthur Eddington, che aveva fotografato l’eclissi totale di Sole del 29 maggio dall’isola di Principe, al largo della costa occidentale dell’Africa. Le fotografie mostravano che alcune stelle nei pressi del bordo solare, visibili durante l’eclissi, erano spostate di 1,75 secondi d’arco rispetto alla posizione che avevano nel cielo notturno, quando il Sole era invisibile.

Quella deviazione, doppia rispetto a quella prevista dalla teoria della gravità di Newton, confermava in modo clamoroso le predizioni della relatività generale: la massa del Sole curvava lo spazio nella misura prevista dalla teoria di Einstein, piegando la luce proveniente da stelle distanti, allineate con il bordo solare.

Ma, nelle giuste condizioni, la capacità di una massa concentrata di piegare la luce attraverso l’azione del suo campo gravitazionale poteva dare origine a un fenomeno ancora più spettacolare dell’apparente spostamento della posizione di una stella: poteva creare una lente d’ingrandimento spaziale, in grado di potenziare la luce di un oggetto distante, che si trovasse casualmente allineato alla massa interposta rispetto all’osservatore terrestre. Era il fenomeno della cosiddetta lente gravitazionale.

Einstein, che pubblicò quest’idea nel 1936, disperava che se ne potesse mai avere una prova concreta, poiché l’effetto creato da una qualsiasi stella diversa dal Sole, anche tra le più vicine, era troppo esiguo per essere visto con i telescopi della sua epoca. Ma Einstein è morto 35 anni prima che fosse lanciato il telescopio spaziale Hubble…

Con la sua squisita risoluzione, Hubble ha ripreso nel corso degli anni anelli di Einstein, lenti gravitazionali create da immensi ammassi di galassie distanti miliardi di anni luce e anche microlenti prodotte dal casuale allineamento di una stella in primo piano con una stella di sfondo.

E proprio di microlenti parleremo da qui in poi.

Finora, le microlenti osservate si sono limitate a semplici eventi di illuminazione: la deflessione relativistica della posizione della stella di sfondo era infatti così minuscola da risultare invisibile anche per Hubble (si tratta di uno spostamento nell’ordine dei millesimi di secondo d’arco, cioè tre ordini di grandezza minore rispetto al già piccolo spostamento fotografato da Eddington nel 1919).

Tuttavia, se l’oggetto che fa da lente è sufficientemente vicino, allora con un’attenta pianificazione delle osservazioni e fidando nella potenza di Hubble, è possibile tentare di vedere e soprattutto di misurare anche il piccolissimo spostamento prodotto da una microlente gravitazionale. E questo è esattamente ciò che ha fatto un gruppo di ricercatori guidato da Kailash C. Sahu, i risultati del cui lavoro sono stati resi noti il 7 giugno, durante un incontro della American Astronomical Society.

Prima di descrivere quei risultati, è importante però capire bene come funziona una microlente.

Nella condizione ideale, in cui, rispetto all’osservatore, l’oggetto luminoso lontano, cioè la sorgente, è perfettamente allineato con la massa interposta (cioè la lente), la luce potenziata della sorgente forma un anello intorno alla lente: è l’anello di Einstein.

Invece, nel caso molto più comune, in cui l’allineamento non è perfetto, la lente crea due immagini della sorgente, una delle quali - la più debole - giace all’interno del perimetro dell’anello di Einstein, mentre l’altra, la più luminosa, si trova all’esterno.

Neppure Hubble è in grado di separare la luce dell’immagine della sorgente all’interno dell’anello, perché è troppo vicina alla luce abbagliante della lente, che satura completamente i sensori del telescopio. Però l’immagine della sorgente esterna all’anello può essere abbastanza lontana dalla lente da essere scorta da Hubble. Proprio su questa possibilità si è basato tutto il lavoro del gruppo di Sahu.

Ma qual è l’importanza di tutto ciò, si chiede giustamente il lettore giunto fino a questo punto? Quale conoscenza guadagniamo da una microlente gravitazionale, a parte un piccolissimo spettacolo di luci?

Per capirlo dobbiamo partire da un dato: esiste una relazione matematica ben precisa tra la distanza della lente, la distanza della sorgente, la misura della deflessione della luce della sorgente causata dalla massa della lente e la massa della lente medesima.

Pertanto, se conosciamo a quale distanza da noi si trovano la lente e la sorgente e riusciamo a misurare lo spostamento della sorgente causato dalla massa della lente, possiamo ricavare la massa - precedentemente ignota - della lente.

La massa è uno dei parametri fondamentali in astronomia ed è spesso estremamente difficile da determinare. In un sistema binario, possiamo ricavare la massa delle due stelle che lo compongono da calcoli orbitali, ma, per una stella isolata, la massa si ricava per via indiretta da altri parametri, usando dei modelli standardizzati di evoluzione stellare. In simili casi, poter ricavare la massa di una stella per mezzo di una microlente gravitazionale rappresenta un importante strumento di validazione di quei modelli.

Ma, nel caso dello studio realizzato da Sahu e colleghi, c’era in gioco più del semplice bisogno di conoscere la massa di una stella. Le osservazioni eseguite con Hubble sono servite, infatti, per testare ancora una volta, a un secolo dalla sua pubblicazione, le previsioni della relatività generale. E, ancora una volta, quelle previsioni si sono rivelate in ottimo accordo con le osservazioni e con i dati ottenuti da altre fonti.

Per questo nuovo test della relatività generale, gli autori hanno scelto, dopo una selezione effettuata analizzando il moto di 5.000 stelle relativamente vicine, una microlente gravitazionale prevista per il mese di marzo 2014, in cui una nana bianca chiamata Stein 2051 B, la lente, si sarebbe sovrapposta prospetticamente a una debole stella molto più lontana, la sorgente.

Per eseguire questo studio, la lente e la sorgente sono state osservate con la Wide Field Camera 3 di Hubble 8 volte, in un arco di tempo compreso tra il 1° ottobre 2013 e il 14 ottobre 2015. Come si può vedere dalle immagini allegate al post, il moto della nana bianca ricavato dai due anni di osservazione appare come una linea ondeggiante.


La traiettoria ondeggiante della nana bianca, le cui posizioni sono identificate dai quadratini, in un grafico tratto dallo studio di Sahu e colleghi. Credit: arXiv:1706.02037[astro-ph.SR]

Una linea di questo tipo è la somma del moto proprio della stella e del riflesso del moto orbitale della Terra intorno al Sole. Solo le stelle più vicine presentano un moto ondulatorio così chiaramente visibile e la vicinanza, appunto, è stata una delle ragioni principali per cui i ricercatori hanno scelto proprio questa nana bianca. Il calcolo dell’angolo di parallasse ci dice che Stein 2051 B dista 5,52 parsec dalla Terra, cioè 18 anni luce. A una simile distanza, per la massa della nana bianca, stimata in 0,67 masse solari sulla base dei modelli di evoluzione stellare, lo spostamento della posizione della sorgente determinato dalla microlente del marzo 2014 sarebbe stato intorno ai 2 millesimi di secondo d’arco, ricadendo nei limiti della capacità di Hubble di rilevarlo.


Illustrazione grafica della deflessione della luce della sorgente vista da Hubble, causata dalla massa della nana bianca. Credit: NASA, ESA, A. Feild (STScI)

Si potrebbe ingenuamente pensare, a questo punto, che sia bastato fotografare la lente e la sorgente a intervalli regolari, per ottenere facilmente le relative distanze angolari e verificare se gli spostamenti erano proprio quelli previsti dalla relatività generale. Ma le cose non sono così semplici.
Senza entrare in dettagli troppo tecnici, il lavoro necessario per passare dal progetto alla sua realizzazione ha richiesto al gruppo di Sahu una serie incredibile di passaggi e di certosine calibrazioni.
La luce stellare satura, infatti, i rilevatori del telescopio tanto più quanto una stella è luminosa e vicina. Nel caso specifico, la nana bianca Stein 2051 B è 400 volte più luminosa della sorgente, una stella di tipo spettrale K distante ben 6.500 anni luce. Ciò ha prodotto nelle immagini di Hubble dei grandi picchi di diffrazione intorno alla nana bianca, cioè degli artefatti, delle macchie luminose che nascondevano completamente in certi casi l’immagine deflessa della sorgente.
Per farla breve, per ottenere un risultato chiaro è stato necessario calcolare le posizioni di lente e sorgente in riferimento a una serie di altre stelle di sfondo visibili nell’immagine. Per ognuna di quelle stelle si è dovuto determinare con accuratezza distanza e moto proprio, allo scopo di ottenere una media generale che potesse fare da riferimento stabile, per valutare gli spostamenti della lente e della sorgente nel corso dei due anni di osservazioni.


In quest’immagine di Hubble si vede anche Stein 2051 A, la compagna binaria della nana bianca: una nana rossa più luminosa ma molto meno massiccia della nana bianca. La sorgente, cioè la stella di sfondo deflessa dalla microlente, è indicata dalla scritta “source”. È facile rendersi conto che la sorgente non può essere vista, se si trova troppo vicina alla nana bianca, la cui luminosità è 400 volte maggiore. Credit: NASA, ESA, K. Sahu (STScI)

Ma tutti questi calcoli hanno richiesto innanzitutto di sapere dove si trovava esattamente ciascuna stella all’interno dell’immagine. A tal fine, è stato necessario ridurre ogni stella a una sorgente puntiforme, eliminando i picchi di diffrazione con appositi algoritmi software che calcolano la Point Spread Function, o PSF, cioè il modo in cui il sistema di acquisizione delle immagini di Hubble reagisce allo stimolo luminoso.
Insomma, per arrivare alla massa della nana bianca gli autori hanno dovuto fare un grosso lavoro preliminare di ripulitura, il cui risultato finale è certamente affidabile, ma, come tutte le misurazioni di grandezze fisiche, risente di un’inevitabile incertezza, dovuta ai limiti di sensibilità dello strumento e al modo stesso in cui si propaga la luce.
Questa sorta di odissea tecnico-matematica è stata però alla fine premiata dal risultato. Lente e sorgente sono arrivate a una distanza minima di 103 millesimi di secondo (mas) d’arco il 5 marzo 2014. Il raggio dell’anello di Einstein generato dalla microlente è stato calcolato in 31,53 ± 1,20 mas, il che ha permesso di calcolare - finalmente - la massa della nana bianca Stein 2051 B derivata dalla relatività generale: 0,675 ± 0,051 masse solari.
È un valore in ottimo accordo con la massa della nana bianca derivata dalle osservazioni e dai modelli di evoluzione stellare. Ciò vuol dire che questo studio non rappresenta solo una conferma (l’ennesima) della validità della relatività generale, ma è anche una conferma della validità della relazione massa/raggio nelle nane bianche.
Questa relazione empirica dice che, quanto più una nana bianca è massiccia, tanto più il suo raggio è ridotto. In Stein 2051 B, una nana bianca con un nucleo di carbonio/ossigeno, una fotosfera ricca di elio e una temperatura superficiale calcolata in 7.122 K, il raggio, derivato dalla fotometria, dalla temperatura e dalla parallasse, era stato calcolato in 7.930 km. Per un simile raggio, la massa appropriata, se è corretta la relazione massa/raggio per una nana bianca di questo tipo, è appunto di 0,67 masse solari: esattamente il valore ricavato dal gruppo di Sahu, misurando la deflessione relativistica della sorgente - la stella lontana 6.500 anni luce - nella microlente gravitazionale creata dall’allineamento (imperfetto) con la nana bianca.


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