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Spazio e Scienze

La Relatività funziona anche fuori dal nostro Sistema Solare

Un nuovo studio conferma per la prima volta che la Teoria della Relatività generale di Einstein funziona anche se applicata a una galassia lontana. Non solo: fornisce anche ulteriori prove della presenza di Materia Oscura ed Energia Oscura, due misteri dell'astrofisica che gli scienziati conoscono solo indirettamente mediante l'osservazione dei loro effetti sugli oggetti cosmici. Per […]

Un nuovo studio conferma per la prima volta che la Teoria della Relatività generale di Einstein funziona anche se applicata a una galassia lontana. Non solo: fornisce anche ulteriori prove della presenza di Materia Oscura ed Energia Oscura, due misteri dell'astrofisica che gli scienziati conoscono solo indirettamente mediante l'osservazione dei loro effetti sugli oggetti cosmici.

Per comprendere il significato della ricerca in oggetto riepiloghiamo velocemente i concetti di base: la teoria della Relatività Generale di Albert Einstein è stata pubblicata nel 1916 e descrive la gravità come una proprietà geometrica dello spazio e del tempo, che in questa formulazione entrano come unica entità: lo spazio-tempo. In poche parole, la teoria predice quanto la massa di un oggetto – nel caso di questo studio, una galassia – curva lo spazio-tempo.

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Curvatura dello spazio-tempo

Nel corso degli anni la teoria della Relatività Generale è stata sottoposta a numerosi esperimenti e ha avuto notevoli e svariate conferme di molti dei fenomeni da essa predetti, all'interno del nostro Sistema Solare. La differenza fra gli studi precedenti e quello di recente pubblicato su Science è che quest'ultimo è il primo test preciso della Relatività Generale su grande scala astronomica, come hanno sottolineato i ricercatori del team internazionale guidato da Thomas Collett dell'Istituto di Cosmologia e Gravitazione dell'Università di Portsmouth nel Regno Unito.

Per condurlo sono stati impiegati i dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble della NASA e dal Very Large Telescope. In particolare, il gruppo di lavoro ha utilizzato la tecnica del lensing gravitazionale, in cui un oggetto massiccio – in questo caso una galassia – agisce come un enorme obiettivo "piegando" la luce al punto che l'immagine di un oggetto di sfondo (ad esempio un'altra galassia, normalmente non visibile perché oscurata dalla lente stessa) venga distorta e resa visibile all'osservatore. La galassia in questione era la ESO 325-G004, una delle "lenti" più vicine alla Terra, a circa 500 milioni di anni luce di distanza.

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ESO 325-G004 fotografato dal telescopio spaziale Hubble. Crediti: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); J. Blakeslee (Washington State University)

In parole povere, se i due oggetti osservati sono ben allineati si viene a creare un anello di immagini della galassia di sfondo noto come "anello di Einstein". Il raggio di questo anello "è proporzionale alla deflessione della luce, quindi se misurate il raggio dell'anello, potete misurare la curvatura [dello spazio-tempo]" ha spiegato Collett.

Oltre a misurare la curvatura spazio-temporale, i ricercatori hanno determinato la massa della galassia, analizzando la dinamica con cui si muovono le stelle che la compongono (ovvero le curve di rotazione). Poiché la Relatività Generale prevede che la dimensione dell'anello di Einstein sia correlata alla massa stessa, hanno infine confrontato la misura ottenuta dall'analisi dinamica con quella basata sulla curvatura dello spazio-tempo, trovandole in accordo fra loro. Pertanto il team ha ritrovato quello che è previsto per questa massa dalla Relatività Generale. 

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Lente gravitazionale

Il risultato è appunto che la gravità si comporta allo stesso modo in una galassia lontana come nel nostro Sistema Solare, proprio come predetto dalla teoria di Einstein. La ricerca infatti era mirata a verificare il presupposto che "le stesse leggi della fisica che vediamo funzionare qui sulla Terra sono vere altrove" ha spiegato a Space.com l'astronomo Terry Oswalt, che non era coinvolto nello studio.

Vi starete chiedendo quale sia l'utilità di questa ennesima conferma. Non è un dato da poco, perché come ha argomentato Oswalt "la verifica della Relatività Generale a tutte le scale possibili (specialmente quella più grande) è di fondamentale importanza per la Fisica nel suo insieme e in particolare per la Cosmologia".

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Modello Standard della Fisica

Non solo: Collett aggiunge che questa convalida serve anche come ulteriore prova dell'esistenza della Materia Oscura e dell'Energia Oscura. Per capirne il motivo bisogna rispolverare il modello standard, ossia la teoria che descrive come le forze fondamentali e le particelle nell'Universo funzionano e si comportano insieme. Il Modello Standard ha superato molteplici conferme della sua validità, descrivendo in maniera quasi del tutto esauriente tutti i fenomeni che avvengono nel regime delle "basse energie" in termini delle particelle elementari che costituiscono l'Universo e delle interazioni tra esse. Tuttavia non riesce a spiegare "i due più grandi misteri della cosmologia di oggi" la Materia Oscura e l'Energia Oscura, e questo induce alcuni a metterlo in discussione. 

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Einstein Rings.Crediti: NASA

Nel Modello Standard la Materia Oscura è necessaria per spiegare la velocità con cui le stelle orbitano intorno alle galassie, mentre l'Energia Oscura è richiesta per spiegare perché l'Universo si sta espandendo più velocemente del previsto. Peccato che non riusciamo a capire di che cosa siano costituite.

Oswalt ha spiegato che nonostante questo "gli astronomi non abbandoneranno presto il Modello Standard", per questo i ricercatori stanno attivamente cercando di "rendere il modello maggiormente consistente con i dati osservati", piuttosto che seguire "teorie alternative" che promettono di eliminare la necessità di Materia Oscura ed Energia Oscura nel modello standard.

In tutto questo, il fatto che la Relatività generale funzioni al di fuori del nostro Sistema Solare esattamente come entro i suoi confini, significa che la nostra comprensione della gravità è corretta e che la Materia Oscura e l'Energia Oscura restano compatibili con il Modello Standard. Attenzione non stiamo parlando di una "prova" concreta dell'esistenza di Materia Oscura ed Energia Oscura, ma di un ulteriore indizio.

Il prossimo passo della ricerca sarà quello di applicare la stessa tecnica a galassie ancora più lontane, per ottenere ulteriori conferme di quanto scoperto.

 


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