Einstein aveva ragione, di nuovo

A 26mila anni luce da noi, un piccolo gruppo di stelle conduce un’esistenza piuttosto precaria: orbita ad alta velocità intorno a un buco nero supermassiccio, che esercita un’enorme attrazione gravitazionale nei loro confronti. L’osservazione di una di queste stelle ha permesso a un gruppo internazionale di ricercatori di verificare gli effetti previsti da Albert Einsten nella sua teoria della relatività generale, la prima verifica mai eseguita nei pressi di un buco nero di questo tipo. Il loro lavoro conferma ancora una volta la solidità delle teorie formulate da Einstein più di un secolo fa, e potrà aiutarci a comprendere meglio come funzionano le forze e i fenomeni che regolano l’Universo.

Le osservazioni sono state effettuate grazie al Very Large Telescope (VLT) dell’European Southern Observatory (ESO) in Cile, utilizzando gli strumenti GRAVITY, SINFONI e NACO che aiutano VLT a vedere nell’infrarosso, la parte della luce con lunghezza d’onda più lunga di quella visibile e che quindi non possiamo vedere con i nostri occhi. I ricercatori hanno tenuto traccia della stella S2 nel suo passaggio ravvicinato al buco nero, a una distanza di meno di 20 miliardi di chilometri, molto ridotta in termini astronomici. L’osservazione è stata effettuata nel maggio del 2018, quando S2 si muoveva a una velocità superiore ai 25 milioni di chilometri orari, il tre per cento circa della velocità della luce.

I ricercatori, guidati da Reinhard Genzel del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics di Garching (Germania), hanno poi analizzato i dati, mettendo a confronto le misure della velocità e della posizione di S2 fornite dai diversi strumenti di VLT con altri dati raccolti negli anni scorsi sulla stella. Il lavoro è servito per verificare se le informazioni reali confermassero o meno in presenza di campi gravitazionali molto intensi le teorie della gravità di Newton, quelle della relatività generale di Einstein e altre teorie elaborate tra la fine dell’Ottocento e i primi del Novecento. I ricercatori hanno notato che le previsioni della meccanica newtoniana non tornavano molto, mentre quelle di Einstein sì.

Semplificando molto: VLT ha mostrato come l’estrema forza gravitazionale del buco nero influenzi anche la luce. Einstein sospettava che, in alcune circostanze, oggetti spaziali compatti potessero avere una forza di gravità così intensa da ridurre la frequenza della luce “stiracchiando” la sua lunghezza d’onda. Questo stiramento avviene verso la parte rossa dello spettro elettromagnetico e per questo il fenomeno è definito “spostamento verso il rosso (redshift) gravitazionale”. L’osservazione sul campo dei ricercatori ha confermato la teoria per la prima volta vicino a un buco nero, dopo che aveva già trovato conferme negli anni Sessanta.

Genzel ha spiegato che S2 era già stata osservata durante un altro passaggio ravvicinato intorno al buco nero che si trova al centro della nostra galassia, ma che grazie agli avanzamenti tecnologici degli ultimi anni è stato ora possibile effettuare un’osservazione “con una risoluzione senza precedenti”.

Le misure confermano ancora una volta il redshift gravitazionale, con una perfetta sovrapposizione tra i dati raccolti e quelli ottenibili con i calcoli di Einstein nella teoria della relatività generale. Non era mai successo prima che venisse verificata con questo grado di dettaglio grazie a una stella e al suo turbolento passaggio nei pressi di un buco nero.

Difficilmente più di un secolo fa Einstein avrebbe potuto immaginare che un giorno le sue teorie sarebbero state confermate anche in questo modo, grazie a un’osservazione in un laboratorio cosmico a 26mila anni luce da noi. Nei prossimi mesi Genzel e colleghi analizzeranno l’orbita di S2 nel suo allontanamento dal buco nero, in modo da verificare la lieve rotazione della sua orbita prevista dalla precessione di Schwarzschild (come per l’orbita di Mercurio intorno al Sole), sempre legata agli effetti della relatività generale.

S2 compie un’orbita completa intorno al buco nero al centro della nostra galassia ogni 16 anni. Nella fase in cui si trovano più vicini, i due oggetti sono a una distanza paragonabile a 120 volte quella tra il Sole e la Terra. Il buco nero resta comunque a debita distanza da noi e al momento non è particolarmente ingordo, per nostra fortuna.