Einstein vince cinquecento vite | INAF MEDIA

Simulazione del buco nero M87 che mostra il movimento del plasma mentre vortica attorno al buco nero. L’anello sottile e brillante che può essere visto in blu è il bordo di ciò che chiamiamo l’ombra del buco nero. Crediti: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; UArizona; Ias

Nonostante i cento anni trascorsi dalla sua brillante ideazione e gli innumerevoli, finora infruttuosi tentativi di confutarla, le prove per Einstein e il suo teoria della gravitazione non sono finite.

Tradizionalmente, i test sulla validità della relatività generale e la possibilità di modificarla hanno coinvolto i corpi del sistema solare e i sistemi binari di stelle di neutroni, per cui è possibile ottenere misurazioni interpretabili precise con un minimo di complicazioni astrofisiche. Negli ultimi anni, nuovi banchi di prova sono stati proposti da osservazioni su scala cosmologica e dalla rilevazione di onde gravitazionali.

Ancora più recentemente, il immagini dell’ombra del buco nero al centro del galassia M87 ottenuto dal telescopio Telescopio dell’orizzonte degli eventi (Eht) nel 2017 ha aperto la strada a una nuova serie di esami specifici in regime di forti campi gravitazionali.

Un nuovo test realizzato dalla collaborazione del telescopio Eht e pubblicato in un articolo sulla rivista Lettere per esami fisici, ha dimostrato che la teoria dell’inizio del XX secolo secondo cui la gravità è la deformazione dello spazio-tempo dovuta a una concentrazione di materia è diventata 500 volte più difficile da battere.

Ma perché tutta la furia verso il povero Einstein? E soprattutto, cosa significa esattamente 500 volte più difficile da battere?

Continuiamo in ordine. Nonostante i suoi successi, la solida teoria di Einstein rimane matematicamente inconciliabile con Meccanica quantistica, volto a descrivere e comprendere il mondo subatomico. Testare la relatività generale, confermare i suoi punti di forza ed evidenziare eventuali punti deboli, è importante per trovare una teoria ultima dell’universo in grado di unificare gravità e meccanica quantistica, fenomenologia su larga scala con l’infinitamente piccolo.

“Ci aspettiamo che una teoria completa della gravità sia diversa dalla relatività generale, ma ci sono molti modi per cambiarla. Abbiamo scoperto che, qualunque sia la teoria corretta, non può essere significativamente diversa dalla relatività generale quando si tratta di buchi neri. Ora abbiamo davvero ridotto la riserva da cui attingere ogni possibile teoria alternativa “, dice. Dimitrios Psaltis, professore di astrofisica pressoUArizona e primo autore dell’articolo.

Psaltis e colleghi, come abbiamo detto, hanno utilizzato la prima immagine mai scattata un buco nero supermassiccio al centro della galassia M87. I primi studi di imaging hanno mostrato che la dimensione dell’ombra del buco nero era in buon accordo con la dimensione prevista dalla relatività generale. “All’epoca, tuttavia, non eravamo in grado di porre la domanda opposta: quanto può essere diversa una teoria della gravità dalla relatività generale pur essendo coerente con la dimensione dell’ombra. ? finge Pierre Christian, ricercatore presso UArizona. “In seguito, ci siamo chiesti se ci fosse qualcosa che avremmo potuto fare con queste osservazioni per escludere alcune delle opzioni alternative”.

Visualizzazione del nuovo misuratore sviluppato per testare le previsioni delle teorie della gravità modificate rispetto alla misura della dimensione dell’ombra M87. Crediti: D. Psaltis, UArizona; Eht collaborazione

La nuova tecnica proposta dagli scienziati per testare la teoria della gravità di Einstein, passando attraverso buchi neri supermassicci, ha coinvolto una vasta gamma di analisi e simulazioni volte ad esplorare diverse modulazioni della teoria. L’obiettivo: identificare quella che era la caratteristica unica che ha portato alla determinazione precisa della dimensione dell’ombra di un buco nero. Il team si è concentrato in particolare sulla gamma di formulazioni alternative che avevano già superato tutti i test precedenti riguardanti la fisica del sistema solare.

“In questo modo, è stato possibile identificare quali alternative alla relatività generale erano in accordo con le osservazioni del telescopio Event Horizon, senza doversi preoccupare di altri dettagli”, continua. Lia Medeiros, ricercatore post-dottorato pressoPrinceton Institute for Advanced Studies e coautore del libro.

Quindi rispondiamo alla seconda domanda. Basato su teorie di campo simmetriche sviluppato nello studio e considerando la dimensione misurata dell’ombra del buco nero supermassiccio in M87 come un vincolo, gli scienziati sono stati in grado di ridurre la varietà di possibili cambiamenti nella relatività generale di Einstein di quasi un fattore di 500 rispetto a ai precedenti test nel sistema solare. Molti dei modi precedentemente esplorati per alterare la relatività generale hanno di fatto fallito grazie a questo nuovo rigoroso test del buco nero. Alla luce di questo risultato, gli autori dello studio affermano che le immagini dei buchi neri sono uno strumento completamente nuovo ed efficace per testare la teoria della gravità.

“Diciamo sempre che la relatività generale ha superato tutti i test a pieni voti. Se avessi avuto un centesimo per ogni volta che l’ho ascoltato, ”commenta uno dei coautori dello studio. Feryal privato da UArizona. “Ma è anche vero che, se basati su determinati test, i risultati non sembrano differire da quanto previsto dalla relatività generale. Quello che stiamo dicendo è che anche se questo è tutto corretto, per la prima volta abbiamo un indicatore diverso con cui possiamo testare che si è rivelato essere 500 volte migliore, e questo indicatore è la dimensione dall’ombra di un buco nero. Quando otteniamo un’immagine del buco nero al centro della nostra galassia, possiamo limitare ulteriormente le deviazioni dalla relatività generale. “

Saperne di più:

• Continuare a leggere Lettere per esami fisici l’articolo “Test gravitazionale oltre il primo ordine post-newtoniano con l’ombra del buco nero M87“Di Dimitrios Psaltis, Lia Medeiros, Pierre Christian, Feryal Özel, Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi, Walter Alef, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, David Ball, Mislav Baloković, John Barrett, Dan Bintley, Lindy Blackburn, Wilfred Boland, Geoffrey C. Bower, Michael Bremer, Christiaan D.Brinkerink, Roger Brissenden, Silke Britzen, Dominique Broguiere, Thomas Bronzwaer, Do-Young Byun, John E. Carlstrom, Andrew Chael, Chi-kwan Chan, Shami Chatterjee, Koushik Chatterjee, Ming-Tang Chen , Yongjun Chen, Ilje Cho, John E. Conway, James M. Cordes, Geoffrey B. Crew, Yuzhu Cui, Jordy Davelaar, Mariafelicia De Laurentis, Roger Deane, Jessica Dempsey, Gregory Desvignes, Jason Dexter, Ralph P. Eatough, Heino Falcke, Vincent L. Fish, Ed Fomalont, Raquel Fraga-Encinas, Per Friberg, Christian M. Fromm, Charles F. Gammie, Roberto García, Olivier Gentaz, Ciriaco Goddi, José L. Gómez, Minfeng Gu, Mark Gurwell, Kazuhiro Hada , Ronald Hesper, Luis C.Ho, Paul Ho, Mareki Honma, Chih-Wei L. Huang, Lei Huang, Da video H. Hughes, Makoto Inoue, Sara Issaoun, David J. James, Buell T. Jannuzi, Michael Janssen, Wu Jiang, Alejandra Jimenez-Rosales, Michael D. Johnson, Svetlana Jorstad, Taehyun Jung, Mansour Karami, Ramesh Karuppusamy, Tomohisa Kawashima, Garrett K.Keating, Mark Kettenis, Jae-Young Kim, Junhan Kim, Jongsoo Kim, Motoki Kino, Jun Yi Koay, Patrick M. Koch, Shoko Koyama, Michael Kramer, Carsten Kramer, Thomas P. Krichbaum, Cheng-Yu Kuo, Tod R. Lauer, Sang-Sung Lee, Yan-Rong Li, Zhiyuan Li, Michael Lindqvist, Rocco Lico, Jun Liu, Kuo Liu, Elisabetta Liuzzo, Wen-Ping Lo, Andrei P. Lobanov, Colin Lonsdale, Ru- Sen Lu, Jirong Mao, Sera Markoff, Daniel P.Marrone, Alan P.Marscher, Iván Martí-Vidal, Satoki Matsushita, Yosuke Mizuno, Izumi Mizuno, James M. Moran, Kotaro Moriyama, Monika Moscibrodzka, Cornelia Müller, Gibwa Musoke, Alejandro Mus Mejías, Hiroshi Nagai, Neil M. Nagar, Ramesh Narayan, Gopal Narayanan, Iniyan Natarajan, Roberto Neri, Aristeidis Noutsos, Hiroki Okino, Héctor Olivares , Tomoaki Oyama, Daniel CM Palumbo, Jongho Park, Nimesh Patel, Ue-Li Pen, Vincent Piétu, Richard Plambeck, Aleksandar PopStefanija, Ben Prather, Jorge A. Preciado-López, Venkatessh Ramakrishnan, Ramprasad Rao, Mark G. Rawlings, Alexander W. Raymond, Bart Ripperda, Freek Roelofs, Alan Rogers, Eduardo Ros, Mel Rose, Arash Roshanineshat, Helge Rottmann, Alan L. Roy, Chet Ruszczyk, Benjamin R. Ryan, Kazi LJ Rygl, Salvador Sánchez, David Sánchez-Arguelles, Mahito Sasada , Tuomas Savolainen, F.Peter Schloerb, Karl-Friedrich Schuster, Lijing Shao, Zhiqiang Shen, Des Small, Bong Won Sohn, Jason SooHoo, Fumie Tazaki, Remo PJ Tilanus, Michael Titus, Pablo Torne, Tyler Trent, Efthalia Traianou, Sascha Trippe, Ilse van Bemmel, Huib Jan van Langevelde, Daniel R. van Rossum, Jan Wagner, John Wardle, Derek Ward-Thompson, Jonathan Weintroub, Norbert Wex, Robert Wharton, Maciek Wielgus, George N. Wong, Qingwen Wu, Doosoo Yoon , André Young, Ken Young, Ziri Younsi, Feng Yuan, Ye-Fei Yuan, Shan-Sh un Zhao