Fonte: “Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole” (GRAVITY Collaboration), apparsa in Astronomy & Astrophysics il 26 Luglio 2018 (Simulazione: Crediti: ESO/L. Calçada/spaceengine.org).
E’ un fatto: dopo più di cent’anni dalla pubblicazione della teoria della relatività ristretta (1905) e di quella generale (1915), quel gran genio di un baffone ancora riesce a stupire! Finora, ogni volta che le sue teorie sono state chiamate in causa per spiegare fenomeni che, ad esempio, le “normali” leggi di gravitazione non riuscivano a spiegare, l’hanno sempre fatto in maniera perfetta.
E’ stato così 101 anni fa per spiegare la precessione dell’orbita di Mercurio intorno al sole, che si scostava dalle predizioni newtoniane senza che se ne capisse la ragione, ed è stato così qualche settimana fa per spiegare lo spostamento dell’orbita di una stella nelle vicinanze del buco nero supermassiccio che alberga nel cuore della nostra Galassia.
Al centro della Via Lattea, nella costellazione del Sagittario, alberga un buco nero supermassiccio che è la controparte della potentissima radiosorgente SgrA*. Il buco nero ci risulta ovviamente invisibile, ma è possibile osservare un “punto” attorno al quale un cospicuo numero di stelle sembra orbitare. Una di queste stelle, denominata con molta fantasia S2 (Star 2), è l’oggetto dello studio descritto in questo articolo.
(Fonte del video: Max Plank Institute).
Sagittarius A* (SgrA*)
Il centro dinamico del nucleo galattico è individuato da una sorgente radio compatta, non termica, scoperta nel 1974 da Balick e Brown con osservazioni nelle onde radio a lunghezza d’onda di 90 cm, ottenute con l’interferometro del National Radio Astronomical Observatory (NRAO), in buona sostanza un radiotelescopio formato dall’unione di vari radiotelescopi in tutto il mondo che fornisce una risoluzione pari a quella che si otterrebbe con un unico radiotelescopio del diametro dell’intero pianeta.
Dopo questa scoperta, si sono succeduti, tra gli altri, studi di monitoraggio astrometrico e spettroscopico che hanno mostrato l’esistenza di una enorme massa puntiforme, che è all’origine della radiosorgente.
Immagine in banda H e K combinata del centro galattico ottenuta con lo strumento NaCo montato sull’ottica adattiva del VLT. L’immagine ha una larghezza di 30″ (fonte: European Southern Observatory, ESO)
Attorno a questa massa puntiforme orbitano circa un centinaio di stelle, alcune molto massicce e giovani, brillanti, e la densità volumetrica di tale addensamento è proprio quella attesa per un ammasso stellare attorno ad un buco nero supermassicio.
In particolare, su alcune stelle vi sono studi che proseguono da oltre trent’anni nella banda del vicino infrarosso (a cui le nubi di polveri interstellari che ci impediscono la visione in ottico sono praticamente trasparenti) e riguardano la misura dei moti propri e delle velocità di un gruppo di stelle molto vicine al supposto buco nero, entro un raggio di circa 30 anni luce.
Dai dati astrometrici ricavati è stato possibile ricostruire tridimensionalmente l’orbita di sei stelle appartenenti alle classi spettrali B0-B9, identificate con S1, S2, S8, S12, S13 e S14.
La Stella S2
Una di queste stelle, con molta fantasia battezzata Star 2, S2, è al centro di tantissimi studi, soprattutto perché descrive un’orbita completa nel tempo relativamente breve di 16 anni, e perché al perielio passa molto vicina a SgrA*, a meno di 20 miliardi di km, a velocità spaventosa, pari circa al 3% della velocità della luce.
In questi studi, un passo decisivo è stato l’utilizzo delle ottiche adattive del VLT, che hanno permesso misurazioni di una precisione senza precedenti. Già nel 2017, poco prima del passaggio al perielio del 2018, alcuni dati preliminari mostravano una variazione quasi impercettibile (circa 1/6 di grado) nell’inclinazione dell’orbita, non spiegabile con le leggi di Newton.
Con la pubblicazione del nuovo lavoro degli astronomi coinvolti in questo studio, la variazione viene confermata: l’orbita della stella S2 è soggetta ad una lieve precessione, ruotando nel tempo, ad ogni orbita, l’inclinazione del suo semiasse maggiore.
Questo effetto, denominato precessione di Schwarzschild, non era mai stato osservato, ma era stato previsto dalla relatività di Einstein, ed il valore osservato è esattamente quello previsto dalla teoria.
Schema delle orbite di alcune delle stelle, tra cui S2, che ruotano attorno al buco nero SgrA* (fonte: Cmglee/CC BY-SA https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, Wikipedia)
Il Very Large Telescope dell’ESO ha osservato la stella S2 danzare intorno al buco nero super-massiccio situato al centro della Via Lattea. Le osservazioni hanno svelato, per la prima volta, che l’orbita della stella ha la forma di rosetta e non di ellisse (fonte: European Southern Observatory, ESO)
Il prossimo obiettivo è studiare il centro della nostra Via Lattea con l’ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO in via di ultimazione, per indagare il comportamento di stelle ancora più vicine al buco nero supermassiccio in modo da risalire alla massa precisa (quella stimata ora è pari a circa 4 milioni di masse solari) ed allo spin del buco nero, e descrivere chiaramente, quindi, le caratteristiche dello spazio tempo al centro della nostra Galassia.
