Per la prima volta è stata determinata la massa di una stella grazie alla teoria della relatività

Per la prima volta, la massa di una stella — per la precisione una nana bianca Stein 2051 B — è stata misurata osservando lo spostamento della luce proviente da un'altra stella alle sue spalle causato dalla forza di gravita. La massa di Stein 2051 B sarebbe pari al 68% di quella del nostro Sole. La possibilità di svolgere questa operazione era già stata prevista in via teorica da Einsten nel 1919.

Lo studio in cui è contenuto questo risultato, pubblicato sulla rivista Science, si basa sui dati del telescopio spaziale Hubble, di Nasa e Agenzia spaziale europea. I dati sono stat analizzati da un gruppo internazionale di astronomi guidato da Kailash Sahu, uno dei maggiori esperti di "microlensing" gravitazionale. Il team include anche tre ricercatori italiani dello Space Telescope Science Institute di Baltimora: Andrea Bellini, Stefano Casertano e Annalisa Calamida. La maggior parte del team partecipa a un programma triennale di osservazioni con Hubble, guidato sempre dal Dr. Sahu, che dovrebbe permetterci di scoprire e misurare la massa di decine di buchi neri nella nostra galassia. Abbiamo contattato i membri italiani del team per farci spiegare questi risultati.

La deviazione della luce secondo la teoria della relatività.

"Quando due stelle sono quasi perfettamente allineate, la piu' vicina, detta "lente", devia la luce di quella piu' lontana, la "sorgente", causandone uno spostamento apparente. Per la prima volta, siamo riusciti a misurare questo spostamento, e quindi la massa della lente - in questo caso
una nana bianca molto simile al Sole," ha spiegato Stefano Casertano. Annalisa Calamida ha spiegato l'aspetto innovativo della scoperta "la massa delle stelle viene solitamente misurata con altri metodi, alcuni diretti, come misurare la massa di due stelle in un sistema binario, ed altri indiretti, ossia misurare la temperatura di una stella osservandola spettroscopicamente così da derivarne la massa tramite dei modelli."

Annalis Calamida ha illustrato sotto quali condizioni è possibile determinare la massa di una stella con questa tenica, "la stella più vicina deve passare davanti ad un'altrastella, definita "sorgente" (la piu' lontana), diventanto cosi' una lente gravitazionale per la luce che proviene dalla stella alle sue spalle." "Occorre che le due stelle siano estremamente ben allineate, entro una frazione di secondo d'arco. Lo spostamento e' molto piccolo, e con le stelle cosi' vicine l'una all'altra, e' molto difficile da misurare — occorre uno strumento con la risoluzione del telescopio Hubble," ha aggiunto Stefano Casertano. Come ha fatto notare Calamida, "Hubble finalmente ha permesso di misurare questo effetto gia' previsto teoricamente da Einstein nel 1919."

"La teoria della relatività generale prevede questo effetto di deflessione della luce in maniera diversa dalla teoria newtoniana della gravità," ha proseguito Casertano, "nel 1919, Eddington pote' misurare lo spostamento di una stella dovuto alla gravità del sole durante un'eclissi totale, e confermo' la previsione della teoria relatività generale. Nel suo caso, la massa del sole era nota e, quindi, la misura della deflessione era una verifica dell'effetto di deflessione. Nel nostro caso, usiamo la teoria della relativita' generale per interpretare la deflessione della luce in termini della massa della lente, che non conosciamo a priori."

Il moto di Stein 2051 B.

"A tutt'oggi la relativita' generale resta valida in ogni area in cui una verifica e' stata possibile," ha commentato Caserano elencando gli altri casi di conferma sperimentale della teoria. "Tra gli esempi ben noti ci sono la precessione del perielio di Mercurio, la deflessione della luce nell'esperimento di Eddington (successivamente ripetuto con maggior precisione usando osservazioni radio), il rallentamento del tempo dovuto alla gravita' e l'emissione di onde gravitazionali. Quest'ultima fu verificata indirettamente dal'evoluzione di una stella di neutroni binaria, per cuy Joseph Taylor e Russell Hule ricevettero il Premio Nobel per la fisica nel 1993; solo l'anno scorso l'osservatorio LIGO ha riportato per la prima volta la loro osservazione diretta, proveniente dalla fusione di due buchi neri."

Ho chiesto a Casertano quali sono le conseguenze della loro scoperta sugli studi astronomici futuri, "la misura della massa di questa nana bianca conferma le teorie correnti dell'evoluzione stellare. Abbiamo altre misure incorso, che potrebbero anche permetterci di scoprire buchi neri nella nostra galassia. Questa misora potrebbe essere la prima di tante. Una missione adesso in fase di progetto, il Wide Field Infrared Space Telescope (WFIRST), ha in progetto di usare la deflessione gravitazionale in simili eventi per trovare e misurare la massa di centinaia di pianeti extrasolari."

Per quanto riguarda i loro programmi futuri, Annalisa Calamida sta lavorando principalmente allo studio delle origini e della storia evolutiva di un gruppo di galassie molto deboli, definite galassie nane "ultra-faint", e alla comprensione dell'origine del piu' massiccio e misterioso ammasso globulare della nostra galassia, Omega Centauri. Stefano Casertano, invece, si sta occupando principalmente dell'evoluzione cosmologica dell'universo e, in particolare, della misura della sua espansione, la cosiddetta costante di Hubble.