Astrocuriosità | ottobre 2018 – Einstein aveva ragione, di nuovo

La curiosità del mese a cura di Gabriele Ghisellini

Tre anni fa abbiamo festeggiato i 100 anni dalla pubblicazione della relatività generale, e l’abbiamo fatto regalandoci, e regalando ad Einstein, la scoperta delle onde gravitazionali.
Un trionfo epocale non solo del pensiero di Einstein, ma anche dell’ingegno di tanti fisici e ingegneri che sono stati capaci di costruire degli strumenti capaci di rivelare l’effetto minuscolo che le onde gravitazionali imprimono nello spazio.
Adesso è la volta di un’altra predizione di Einstein a venire provata oltre ogni ragionevole dubbio: lo spostamento verso il rosso della luce generata vicino un buco nero.

Che la luce risentisse della gravità era ben noto, e già nel 1959 Pound e Rebka, due scienziati americani, avevano misurato di quanto la luce cambia la sua frequenza, cioè il suo colore, passando dal tetto allo scantinato di un edificio di Harward, cioè “cadendo” da un’altezza di 23 metri.
Quando la luce scendeva verso il basso diventava più blu, mentre se saliva dallo scantinato al tetto, diventava più rossa. E proprio della quantità prevista dalla relatività generale di Einstein.
È come se la luce “faticasse” a viaggiare contro la gravità quando sale, e ricevesse “una spinta” quando invece scende (ma non ditelo a scienziati professionisti, questa à solo un’analogia …).
La luce non può cambiare la sua velocità, che rimane la stessa, ma cambia la sua energia, cioè la sua frequenza, cioè il suo colore.

Quello che è stato annunciato lo scorso luglio è simile, ma l’esperimento era molto più grande, enormemente più grande, visto che non si è usata la gravitè della Terra, ma una gravità molto molto maggiore.
Il fatto è questo: nel centro della Via Lattea si annida un mostro.
Coperto da polveri che lo nascondono alla nostra vista, ma non ai nostri strumenti per l’infrarosso.
In questa banda riusciamo a vederlo. Beh, vederlo è una parola grossa, visto che è per definizione invisibile. È un buco nero. Enorme. Distante da noi 26 mila anni luce. Vuol dire che quando la luce è partita da lì, qui sulla Terra l’uomo viveva ancora nelle caverne, non aveva ancora inventato l’agricoltura, e per vivere raccoglieva bacche e cacciava, spostandosi di continuo.
Le foto in infrarosso che vediamo adesso (Fig. 2) mostrano stelle che percorrono orbite strane, tutte intorno ad un punto, dove però non si vede niente.

Dalle posizione di queste stelle, fotografate anno dopo anno, si sono ricostruite le loro orbite, e si è così potuta calcolare la massa dell’oggetto invisibile: 4 milioni di masse solari.
Le stelle che gli girano intorno sono state chiamate con la lettera S seguita da un numero: S1, S2, S3 … E così via. Si è scoperto che S2 completa la sua orbita in 16 anni, e nel maggio scorso si trovava nel punto più vicino al buco nero: al suo periastro, come si dice. La distanza dal buco nero era “solo” 17 ore luce, cioè 18 miliardi di chilometri.
Sembra tanto, ma stiamo parlando di stelle in orbita, non di pianeti … A quella distanza dal buco nero, la gravità è enorme.
Infatti S2, per rimanere in orbita e non venire risucchiata, si muove a 5000 chilometri al secondo (18 milioni di chilometri all’ora, altro che formula 1 …).
Facciamo un altro esempio. Proviamo ad aggiungere massa alla Terra senza cambiare il suo raggio, e vediamo quanta ne dobbiamo mettere per sentire la stessa gravità che sente un corpo a 17 ore luce dal mostro al centro della Via Lattea. Ebbene, dovremmo mettere una massa pari a quella del Sole, e tutta dentro un raggio terrestre, cioè 6500 chilometri. Ve lo immaginate?
Proviamo a pensare a quanto peseremmo, su una super Terra di questo tipo. Una persona che normalmente pesa 60 chili, sulla super Terra peserebbe 12 milioni di chili. Impressionante, no? Hai voglia a fare cure dimagranti …
Questo dà l’idea dell’importanza di aver seguito con pazienza S2 nella sua orbita, aspettando il momento in cui sarebbe stata più vicina al mostro. Ne valeva la pena, perchè si ha una gravità che dalle nostre parti (nel sistema solare e dintorni) non si raggiunge mai.
La luce emessa da S2, per arrivare fino a noi, deve “fare fatica” contro il campo gravitazionale del mostro, e quindi diventa più rossa. Di quanto? Di quanto previsto dalla relatività generale? Se sì allora Einstein passa vittorioso l’ennesimo test, altrimenti ha torto. Oddio, siamo così drastici? Sì, non noi, ma il metodo scientifico. Se l’esperimento non conferma la previsione, tutti a casa, a rifare i conti e a studiare.
Com’è finita, secondo voi?
Einstein ha passato il test. L’ennesimo test. Sono cent’anni che passa tutti gli esami di relatività generale a pieni voti, e dire che il Nobel l’ha preso non per la relatività, ma per l’effetto fotoelettrico …