Una delle previsioni della teoria della relatività generale di Einstein è che qualsiasi corpo rotante trascina con sé il tessuto stesso dello spazio-tempo nelle sue vicinanze. Questo è noto come “trascinamento del frame”.

Nella vita quotidiana, il trascinamento del frame è impercettibile e irrilevante, poiché l’effetto è così ridicolmente piccolo. Rilevare il frame-dragging causato dall’intera rotazione della Terra richiede satelliti come il Gravity Probe B da 750 milioni di dollari, e la rilevazione di cambiamenti angolari nei giroscopi equivalenti a un solo grado ogni 100.000 anni circa.

Per nostra fortuna, l’Universo contiene molti laboratori gravitazionali naturali dove i fisici possono osservare le previsioni di Einstein al lavoro in modo squisitamente dettagliato.

La ricerca del nostro team, pubblicata oggi su Science, rivela prove di trascinamento di frame su una scala molto più evidente, utilizzando un radiotelescopio e una coppia unica di stelle compatte che sfrecciano l’una intorno all’altra a velocità vertiginose.

Il moto di queste stelle avrebbe lasciato perplessi gli astronomi ai tempi di Newton, poiché si muovono chiaramente in uno spazio-tempo deformato, e richiedono la teoria della relatività generale di Einstein per spiegare le loro traiettorie.

La relatività generale è la base della moderna teoria gravitazionale. Spiega il moto preciso delle stelle, dei pianeti e dei satelliti, e persino lo scorrere del tempo. Una delle sue previsioni meno conosciute è che i corpi che ruotano trascinano lo spazio-tempo con loro. Più velocemente un oggetto gira e più è massiccio, più potente è il trascinamento.

Un tipo di oggetto per il quale questo è molto rilevante è chiamato nana bianca. Si tratta dei nuclei residui di stelle morte che una volta avevano una massa di diverse volte quella del nostro Sole, ma che da allora hanno esaurito il loro combustibile a idrogeno.

Quello che rimane è di dimensioni simili a quelle della Terra ma centinaia di migliaia di volte più massiccio. Le nane bianche possono anche girare molto velocemente, ruotando ogni minuto o due, piuttosto che ogni 24 ore come fa la Terra.

Il trascinamento del telaio causato da una nana bianca di questo tipo sarebbe circa 100 milioni di volte più potente di quello della Terra.

Questo è tutto bello e buono, ma non possiamo volare verso una nana bianca e lanciare satelliti intorno ad essa. Fortunatamente, però, la natura è gentile con gli astronomi e ha il suo modo di farcele osservare, tramite stelle orbitanti chiamate pulsar.

Venti anni fa, il radiotelescopio Parkes del CSIRO ha scoperto una coppia stellare unica composta da una nana bianca (grande come la Terra ma circa 300.000 volte più pesante) e una pulsar radio (grande come una città ma 400.000 volte più pesante). Non sono fatte di atomi convenzionali, ma di neutroni impacchettati strettamente insieme, il che le rende incredibilmente dense. Inoltre, la pulsar nel nostro studio gira 150 volte ogni minuto.

Questo significa che, 150 volte ogni minuto, un “fascio di onde radio” emesso da questa pulsar passa davanti al nostro punto di osservazione qui sulla Terra. Possiamo usare questo per mappare il percorso della pulsar mentre orbita intorno alla nana bianca, cronometrando quando il suo impulso arriva al nostro telescopio e conoscendo la velocità della luce. Questo metodo ha rivelato che le due stelle orbitano l’una intorno all’altra in meno di 5 ore.

Questa coppia, ufficialmente chiamata PSR J1141-6545, è un laboratorio gravitazionale ideale. Dal 2001 ci siamo recati a Parkes diverse volte all’anno per mappare l’orbita di questo sistema, che mostra una moltitudine di effetti gravitazionali einsteiniani.

Mappare l’evoluzione delle orbite non è per gli impazienti, ma le nostre misure sono ridicolmente precise. Anche se PSR J1141-6545 è lontana diverse centinaia di quadrilioni di chilometri (un quadrilione è un milione di miliardi), sappiamo che la pulsar ruota 2,5387230404 volte al secondo e che la sua orbita sta ruotando nello spazio.

Questo significa che il piano della sua orbita non è fisso, ma sta invece ruotando lentamente.

Come si è formato questo sistema?

Quando nascono coppie di stelle, la più massiccia muore per prima, spesso creando una nana bianca. Prima che la seconda stella muoia, trasferisce materia alla sua compagna nana bianca.

Un disco si forma quando questo materiale cade verso la nana bianca, e nel corso di decine di migliaia di anni fa girare la nana bianca, fino a farla ruotare ogni pochi minuti.

In casi rari come questo, la seconda stella può poi esplodere in una supernova, lasciandosi dietro una pulsar. La nana bianca che gira rapidamente trascina lo spazio-tempo con sé, facendo inclinare il piano orbitale della pulsar mentre viene trascinata. Questa inclinazione è ciò che abbiamo osservato attraverso la nostra paziente mappatura dell’orbita della pulsar.

Einstein stesso pensava che molte delle sue previsioni sullo spazio e sul tempo non sarebbero mai state osservabili. Ma gli ultimi anni hanno visto una rivoluzione nell’astrofisica estrema, compresa la scoperta delle onde gravitazionali e l’immagine dell’ombra di un buco nero con una rete mondiale di telescopi. Queste scoperte sono state fatte da strutture da miliardi di dollari.

Per fortuna c’è ancora un ruolo nell’esplorazione della relatività generale per radiotelescopi vecchi di 50 anni come quello di Parkes, e per campagne pazienti di generazioni di studenti laureati.

Matthew Bailes, ARC Laureate Fellow, Swinburne University of Technology, Swinburne University of Technology e Vivek Venkatraman Krishnan, personale scientifico, Max Planck Institute.

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.