Credits: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; University of Arizona; Institute for Advanced Study

Introduzione

I ricercatori dell’UArizona hanno messo alla prova la relatività generale con le immagini dei buchi neri. La teoria generale della relatività di Einstein – l’idea che la gravità sia l’ordito della materia che deforma lo spaziotempo – ha resistito per oltre 100 anni di esami e test, compreso il nuovissimo test degli astrofisici dell’Università dell’Arizona della collaborazione con il telescopio Event Horizon Telescope.

Secondo le loro scoperte, la teoria di Einstein è appena diventata 500 volte più difficile da battere.

Coinciliare teoria generale della relatività e meccanica quanstitica

Nonostante i suoi successi, la robusta teoria di Einstein rimane matematicamente inconciliabile con la meccanica quantistica, la comprensione scientifica del mondo subatomico. Testare la relatività generale è importante perché la teoria ultima dell’universo deve comprendere sia la gravità che la meccanica quantistica.

Ci aspettiamo che una teoria completa sulla gravità sia diversa dalla relatività generale, ma ci sono molti modi per modificarla. Abbiamo scoperto che per quanto corretta sia una teoria, non può essere significativamente diversa dalla relatività generale quando si tratta di buchi neri. Abbiamo davvero ristretto lo spazio delle possibili modifiche“, ha detto il professore di astronomia dell’UArizona Dimitrios Psaltis, che fino a poco tempo fa era il project scientist della collaborazione Event Horizon Telescope, o EHT.

Psaltis è l’autore principale di un nuovo articolo, pubblicato su Physical Review Letters, che descrive in dettaglio le scoperte dei ricercatori.

“Questo è un modo completamente nuovo di testare la relatività generale utilizzando i buchi neri supermassicci”, ha detto Keiichi Asada, membro del consiglio scientifico dell’EHT ed esperto di osservazioni radio dei buchi neri per l’Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics.

M87

Per eseguire il test, il team ha utilizzato la prima immagine mai scattata del buco nero supermassiccio al centro della vicina galassia M87 ottenuta con l’EHT l’anno scorso. I primi risultati avevano dimostrato che la dimensione dell’ombra del buco nero era coerente con le dimensioni previste dalla relatività generale.

All’epoca non siamo stati in grado di porre la domanda opposta: Quanto può essere diversa una teoria della gravità dalla relatività generale ed essere ancora coerente con le dimensioni dell’ombra?” ha detto Pierre Christian, Steward Theory Fellow dell’UArizona. “Ci chiedevamo se c’era qualcosa che potevamo fare con queste osservazioni per eliminare alcune delle alternative“.

Identificare la caratteristica unica

Il team ha fatto un’analisi molto ampia di molte modifiche alla teoria della relatività generale per identificare la caratteristica unica di una teoria della gravità che determina la dimensione dell’ombra di un buco nero.

Credits: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; University of Arizona; Institute for Advanced Study

In questo modo, possiamo ora individuare se qualsiasi alternativa alla relatività generale è in accordo con le osservazioni del telescopio Event Horizon, senza preoccuparci di altri dettagli“, ha detto Lia Medeiros, borsista post-dottorato dell’Istituto di Studi Avanzati che ha fatto parte della collaborazione dell’EHT fin dal suo periodo come laureata dell’UArizona.

Il team si è concentrato sulla gamma di alternative che avevano superato tutti i test precedenti nel sistema solare.

Usando il misuratore che abbiamo sviluppato, abbiamo dimostrato che la dimensione misurata dell’ombra del buco nero in M87 restringe lo spazio di manovra per le modifiche alla teoria della relatività generale di Einstein di quasi un fattore di 500, rispetto ai test precedenti nel sistema solare“, ha detto la professoressa di astronomia dell’UArizona Feryal Özel, un membro senior della collaborazione EHT. “Molti modi per modificare la relatività generale falliscono in questo nuovo e più rigoroso test dei buchi neri“.

Le immagini dei buchi neri forniscono una prospettiva completamente nuova per testare la teoria della relatività generale di Einstein“, ha detto Michael Kramer, direttore del Max Planck Institute for Radio Astronomy e membro della collaborazione EHT.

Insieme alle osservazioni delle onde gravitazionali, questo segna l’inizio di una nuova era nell’astrofisica dei buchi neri“, ha detto Psaltis.

Un nuovo indicatore

Testare la teoria della gravità è una ricerca in corso: le previsioni della relatività generale per vari oggetti astrofisici sono abbastanza buone da consentire agli astrofisici di non preoccuparsi di eventuali differenze o modifiche alla relatività generale?

Diciamo sempre che la relatività generale ha superato tutti i test a pieni voti – se avessi un centesimo per ogni volta che l’ho sentito…”, ha detto Özel. “Ma è vero, quando si fanno certi test, non si vede che i risultati si discostano da quanto previsto dalla relatività generale. Quello che stiamo dicendo è che, anche se tutto ciò è corretto, per la prima volta abbiamo un indicatore diverso con cui possiamo fare un test che è 500 volte migliore e quell’indicatore è la dimensione dell’ombra di un buco nero”.

In seguito, il team EHT si aspetta immagini di maggiore fedeltà che saranno catturate dalla schiera allargata di telescopi, che comprende il telescopio della Groenlandia e il telescopio di 12 metri su Kitt Peak vicino a Tucson e l’Osservatorio Northern Extended Millimeter Array in Francia.

Quando otteniamo un’immagine del buco nero al centro della nostra galassia, allora possiamo limitare ulteriormente le deviazioni dalla relatività generale“, ha detto Özel.

Einstein avrà ancora ragione, allora?

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