Nell'Anno Mondiale delle Fisica, che celebra i 100 anni dalla pubblicazione dei tre fondamentali lavori di Albert Einstein, gli astronomi stanno utilizzando una straordinaria coppia di pulsar, orbitanti l'una attorno all'altra, per condurre misurazioni estremamente precise degli effetti gravitazionali predetti 90 anni fa da Einstein; ad oggi, le previsioni del famoso fisico si stanno rivelando, con grande precisione, corrette.

"Questa coppia di pulsar, scoperta appena due anni fa, e' uno dei migliori laboratori nell'Universo per studiare gli effetti della teoria della Relativita' Generale di Einstein", spiega la Dott.sa Ingrid Stairs, professore associato dell'Universita' della British Columbia (UBC) di Vancouver, Canada. Stairs ha presentato, a nome di una collaborazione internazionale un report al meeting dell'American Astronomical Society a Minneapolis, Minnesota.

Il sistema di due pulsar, PSR J0737-3039A e B, si trova a 2000 anni luce dalla terra nella direzione della costellazione Puppis. La scoperta, fatta da un team internazionale di astronomi, risale al 2003: si tratta di due stelle di neutroni massicce, altamente compatte orbitanti l'una attorno all'altra ogni 2.4 ore. Entrambe le stelle di neutroni emettono coni di onde radio (in modo simile a un faro) che sono visibili come "impulsi" radio ogni volta che i fasci di emissione spazzano la superficie della Terra.

Benche' diversi altri sistemi binari contengano due stelle di neutroni, questo e' l'unico nel quale entrambe le stelle producono impulsi radio osservabili da terra. La pulsar A ruota su se stessa una volta ogni 23 millisecondi, mentre la pulsar B e' molto piu' lenta, avendo un periodo di rotazione di 2.8 secondi.

Gli astronomi stanno monitorando da vicino questo incredibile duo utilizzando il Radiotelescopio da 64 metri di Parkes (NSW, Australia), dell'Australia Telescope National Facility, il Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) da 100 metri, del National Science Foundation (NSF) in West Virginia (USA) e il telescopio da 76 metri Lovell presso il Jodrell Bank Observatory (JBO) in Inghilterra.

A causa del fatto che le due pulsar orbitino l'una attorno all'altra cosi' rapidamente, si puo' predire che un certo numero di effetti di Relativita' Generale (GR) siano piuttosto marcati. In effetti, e' stato possibile misurare quattro di questi effetti entro pochi mesi dalla scoperta del sistema binario

Ora, ci dicono gli astronomi, un altro fenomeno molto significativo e' stato misurato – l'orbita delle due stelle si sta restringendo a causa di perdite di energia dovute alla emissione di onde gravitazionali. L'orbita attualmente si sta stringendo di 7 millimetri al giorno e questo decadimento accelerera' in futuro. Cio' significa, affermano gli scienziati, che le due stelle di neutroni superdense collideranno fra 85 milioni di anni.

"La misura del restringimento dell'orbita combacia esattamente con cio' che predice la Relativita' Generale, dunque questa e' un'altra importante vittoria della teoria di Einstein", afferma Stairs. Una simile misura del decadimento dell'orbita in un'altra binaria di due stelle di neutroni ha fruttato agli scopritori di quel sistema stellare, Russell Hulse e Joseph Taylor, il Premio Nobel per la Fisica nel 1993.

Nel frattempo, altri effetti di Relativita' Generale stanno cominciando ad emergere. Una previsione importante e' che le due stelle dovrebbero oscillare come trottole mentre si muovono nello spazio-tempo curvo della loro orbita. Cio' dovrebbe tradursi in cambiamenti nella forma degli impulsi radio osservati, poiche' i telescopi sulla Terra vedono parti leggermente differenti del fascio di forma irregolare del "faro cosmico".

Il team di astronomi ha ora trovato buone evidenze di queste oscillazioni nella piu' lenta pulsar B. La regione di emissione di onde radio di questa sorgente e' colpita dal forte vento di particelle emesso dalla pulsar A; cio' fa si' che B sia osservabile solamente in certe porzioni dell'orbita. Ora le fasi orbitali in cui B e' visibile hanno cominciato a cambiare cosi' come la forma degli impulsi. "Benche' si pensasse che queste variazioni siano dovute probabilmente all'oscillazione relativistica tipo trottola delle pulsar, permaneva tuttavia la possibilita' che potessero essere dovute ad altri cambiamenti nell'orientazione dell'orbita previsti dalla Relativita' Generale", spiega la Dott.sa. Marta Burgay dell'Osservatorio Astronomico di Cagliari (INAF-OAC). Ora, comunque, le osservazioni del piu' potente GBT hanno rivelato una piccola variazione anche nel profilo della pulsar A.

"I cambiamenti dell'impulso di A possono essere spiegati solamente dall'oscillazione prevista dalla Relativita' Generale, il che ci da' maggior confidenza che i cambiamenti osservati in B siano dovuti alla stesso fenomeno", afferma il componente del team Dr. Michael Kramer del Jodrell Bank Observatory.

Un maggior numero di osservazioni di questa coppia stellare unica saranno necessarie per utilizzare le oscillazioni osservate per comprendere appieno la geometria del sistema ed in particolare l'esatta direzione degli assi di rotazione delle due pulsar e la dimensione dei coni di emissione. Queste osservazioni, ora in corso, permetteranno, a lungo termine, di fornire il piu' preciso test delle predizioni della teoria di Einstein.

"C'e' molto ancora da imparare da questo sistema", spiega il Dr. Richard Manchester dell'ATNF.

Dr. Ingrid Stairs and Mr. Robert Ferdman, UBC; Drs. Michael Kramer, Andrew Lyne, Maura McLaughlin, and Duncan Lorimer, JBO; Dr. Richard Manchester, ATNF; Drs. Marta , Andrea Possenti and Nichi D'Amico, INAF-OAC; Dr. Paulo Freire, Arecibo Observatory; Dr. B. C. Joshi, National Centre for Radio Astrophysics, India; and Dr. Fernando Camilo, Columbia University.

Tra i piu' rilevanti articoli pubblicati citiamo:

• M. Burgay, A. Possenti, R. N. Manchester, M. Kramer, M. A. McLaughlin, D. R. Lorimer, I. H. Stairs, B. C. Joshi, A. G. Lyne, F. Camilo, N. D'Amico, P. C. C. Freire, J. M. Sarkissian, A. W. Hotan, G. B. Hobbs, "Long-term Variations in the Pulse Emission from PSR J0737-3039B", Astrophys. J. Lett., 624, L113 (2005).

• R. N. Manchester, M. Kramer, A. Possenti, A. G. Lyne, M. Burgay, I. H. Stairs, A. W. Hotan, M. A. McLaughlin, D. R. Lorimer, G. B. Hobbs, J. M. Sarkissian, N. D'Amico, F. Camilo, B. C. Joshi, P. C. C. Freire, "The Mean Pulse Profile of PSR J0737-3039A", Astrophys. J. Lett., 621, L49 (2005).

• A. G. Lyne, M. Burgay, M. Kramer, A. Possenti, R. N .Manchester, F. Camilo, M. A. McLaughlin, D. R. Lorimer, N. D'Amico, B. C. Joshi, J. Reynolds and P. C. C. Freire, "A Double-Pulsar System: A Rare Laboratory for Relativistic Gravity and Plasma Physics", Science 303, 1153 (2004)

• M. Burgay, N. D'Amico, A. Possenti, R. N. Manchester A. G. Lyne, B. C. Joshi, M. A. McLaughlin, M. Kramer, J. M. Sarkissian, F. Camilo, V. Kalogera, C. Kim, D. R. Lorimer, "An increased estimate of the merger rate of double neutron stars from observations of a highly relativistic system", Nature 426, 531 (2003).

Contatti:

Dr. Ingrid Stairs, 604-822-6796, stairs@astro.ubc.ca

Dr. Michael Kramer, +44-1477-572-622, mkramer@jb.man.ac.uk

Dr. Andrea Possenti, +39-070-71180-249, possenti@ca.astro.it

Fig. 1. – Una rappresentazione artistica dell'orbita delle due pulsar (non in scala), che mostra i fasci di emissione (in analogia con quelli di un faro). La griglia sottostante illustra la deformazione relativistica dello spazio vicino alle due stelle massicce e compatte. L'immagine ad alta risoluzione e' scaricabile qui o all'indirizzo http://www.astro.ubc.ca/News/pulsar.html o a www.jb.man.ac.uk/news/einsteintest/. Credit: M. Kramer (JBO)