La danza di una stella attorno a un buco nero rivelata dal telescopio ESO

Il telescopio ESO vede la danza di una stella attorno al buco nero supermassiccio, un’osservazione mai fatta finora e che dimostra ancora una volta la validità della teoria della relatività di Einstein.

Le osservazioni effettuate con il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO hanno rivelato per la prima volta che una stella in orbita attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea si muove proprio come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein.

L’orbita di una stella attorno a un buco nero ha la forma di una rosetta e non di un’ellisse, come previsto da Einstein

La sua orbita ha la forma di una rosetta e non di un’ellisse, come previsto dalla teoria della gravità di Newton. Questo risultato tanto ricercato è stato reso possibile da misurazioni sempre più precise in quasi 30 anni, che hanno permesso agli scienziati di svelare i misteri del colosso in agguato nel cuore della nostra galassia.

Questi incredibili risultati sono stati ottenuti da un team guidato da Frank Eisenhauer del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) con collaboratori provenienti da Francia, Portogallo, Germania ed ESO.

La relatività generale di Einstein prevede che le orbite legate di un oggetto attorno a un altro non siano chiuse, come nella gravità newtoniana, ma in precessione in avanti nel piano del movimento. Questo famoso effetto – visto per la prima volta nell’orbita del pianeta Mercurio attorno al Sole – fu la prima prova a favore della Relatività Generale.

Oggi, a cento anni di distanza è stato rilevato lo stesso effetto nel movimento di una stella in orbita attorno alla sorgente radio compatta Sagittario A al centro della Via Lattea.Questa svolta osservativa rafforza l’evidenza che Il Sagittario A* deve essere un buco nero supermassiccio di massa 4 milioni di volte quella del sole.

afferma Reinhard Genzel, direttore del MPE di Garching, in Germania, e ideatore dei 30 anni di programma che ha portato a questo risultato.

Situato a 26.000 anni luce dal Sole, il Sagittario A* e il denso ammasso di stelle attorno a esso, forniscono un laboratorio unico per testare la fisica in un regime di gravità altrimenti inesplorato ed estremo.

Una di queste stelle, S2, si muove verso il buco nero supermassiccio a una distanza che, nel punto più vicino è meno di 20 miliardi di chilometri (ossia centoventi volte la distanza tra il Sole e la Terra), rendendola una delle stelle più prossime mai trovate in orbita attorno a un gigantesco buco nero. Quando si trova nel punto più vicino al buco nero, S2 sfreccia nello spazio a quasi il 3% della velocità della luce, completando un’orbita una volta ogni 16 anni.

Dopo aver seguito la stella nella sua orbita per oltre due decenni e mezzo, le nostre misurazioni precise rilevano in modo efficace la precessione Schwarzschild di S2 nel suo percorso attorno al Sagittario A*

afferma Stefan Gillessen dell’MPE, che ha guidato l’analisi delle misurazioni pubblicate oggi in la rivista Astronomia e astrofisica.

Nel video si può osservare una rappresentazione artistica della precessione di S2.

 

 

La maggior parte delle stelle e dei pianeti hanno un’orbita non circolare e quindi si avvicinano e allontanano dall’oggetto attorno al quale ruotano. L’orbita di S2 osservata mostra che la posizione del punto più vicino al buco nero supermassiccio cambia a ogni giro, in un modo per cui l’orbita successiva viene ruotata rispetto a quella precedente, creando una forma a rosetta.

La relatività generale fornisce una previsione precisa di quanto cambia la sua orbita e le ultime misure di questa ricerca corrispondono esattamente alla teoria.

Questo effetto, noto come precessione di Schwarzschild, non era mai stato misurato prima per una stella attorno a un buco nero supermassiccio.

Lo studio effettuato con il VLT dell’ESO aiuta anche gli scienziati a conoscere meglio la posizione del buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia.

Poiché le misurazioni S2 seguono così bene la relatività generale, possiamo fissare limiti rigorosi su quanto materiale invisibile, come materia oscura distribuita o possibili buchi neri più piccoli, sia presente intorno al Sagittario A *. Questo è di grande interesse per comprendere la formazione e evoluzione dei buchi neri supermassicci

affermano Guy Perrin e Karine Perraut, i principali scienziati francesi del progetto.

Questo risultato è il culmine di 27 anni di osservazioni della stella S2 utilizzando, per la maggior parte di questo tempo, una vera e propria “flotta” di strumenti presso il VLT dell’ESO, situato nel deserto di Atacama in Cile.

Il numero dei dati che segnano la posizione e la velocità della stella attesta l’accuratezza della nuova ricerca: il team ha effettuato oltre 330 misurazioni in totale, utilizzando gli strumenti GRAVITY, SINFONI e NACO.

Poiché S2 impiega anni per orbitare attorno al buco nero supermassiccio, è stato fondamentale seguire la stella per quasi tre decenni, per svelare le complessità del suo movimento orbitale.

 

 

La collaborazione GRAVITY e le sfide future

Il team che ha effettuato questa ricerca ha anche creato la collaborazione GRAVITY, che prende il nome dallo strumento sviluppato per l’interferometro VLT, che combina la luce di tutti e quattro i telescopi VLT da 8 metri in un super-telescopio (con una risoluzione equivalente a quella di un telescopio di 130 metri di diametro ).

La stessa squadra aveva già osservato nel 2018 un altro effetto previsto dalla relatività generale: hanno visto la luce ricevuta da S2 emettere a lunghezze d’onda maggiori mentre la stella passava vicino al Sagittario A*.

Il nostro risultato precedente ha dimostrato che la luce emessa dalla stella sperimenta la relatività generale. Ora abbiamo dimostrato che la stella stessa rileva gli effetti della relatività generale

afferma Paulo Garcia, ricercatore presso il Centro portoghese di astrofisica e gravitazione e uno dei leader del progetto GRAVITY.

Con l’imminente Extremely Large Telescope dell’ESO, il team ritiene che potrebbero essere in grado di vedere stelle molto più deboli in orbita ancora più vicine al buco nero supermassiccio.

Se siamo fortunati, potremmo catturare stelle abbastanza vicine da sentire effettivamente la rotazione del buco nero

afferma Andreas Eckart dell’Università di Colonia, un altro dei principali scienziati del progetto.

Ciò significherebbe che gli astronomi sarebbero in grado di misurare le due quantità, rotazione e massa, che caratterizzano il Sagittario A* e definire lo spazio e il tempo attorno ad esso, un altro importante tassello nella comprensione dello spazio e. nella verifica della teoria della relatività.

 

• Articolo originale (aanda.org)
• Collaborazione Gravity (adsabs.harvard.edu)