4U 1916-053

Cosa hanno in comune Albert Einstein, il Global Positioning System (GPS) e una coppia di stelle ad oltre 220.000 trilioni di chilometri dalla Terra? La risposta è un effetto della Teoria della Relatività Generale di Einstein chiamato "spostamento gravitazionale verso il rosso" (redshift), in cui la luce viene spostata verso colori più rossi a causa della gravità. Usando l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, gli astronomi hanno scoperto il fenomeno in due stelle in orbita l'una sull'altra nella nostra galassia a circa 29.000 anni luce dalla Terra. Sebbene queste stelle siano molto distanti, lo spostamento verso il rosso ha un impatto tangibile sulla vita moderna, poiché scienziati e ingegneri devono tenerne conto per consentire posizioni precise per il GPS. Sebbene gli scienziati abbiano trovato prove incontrovertibili degli spostamenti verso il rosso nel nostro sistema solare, è stato difficile osservarli in oggetti più distanti nello spazio. I nuovi risultati di Chandra forniscono prove convincenti degli effetti gravitazionali del redshift in gioco in un nuovo scenario cosmico. Rappresentazione artistica del sistema 4U 1916-053. Credit: NASA Il sistema 4U 1916-053 L'intrigante sistema noto come 4U 1916-053 contiene due stelle in un'orbita notevolmente ravvicinata. Uno è il nucleo di una stella a cui sono stati strappati i suoi strati esterni, lasciando una stella molto più densa del Sole. L'altra è una stella di neutroni, un oggetto ancora più denso creato quando una stella massiccia collassa in un'esplosione di supernova. Queste due stelle compatte distano solo circa 380.000 km, all'incirca la distanza tra la Terra e la Luna. Mentre la Luna orbita attorno al nostro pianeta una volta al mese, la densa stella compagna in 4U 1916-053 gira intorno alla stella di neutroni e completa un'orbita completa in soli 50 minuti. Lo studio Nel nuovo lavoro su 4U 1916-053, il team ha analizzato gli spettri di raggi X, ovvero la quantità di raggi X a diverse lunghezze d'onda, da Chandra. Hanno trovato la firma caratteristica negli spettri dell'assorbimento della luce a raggi X da parte di ferro e silicio negli. In tre osservazioni separate con Chandra, i dati mostrano un forte calo della quantità di raggi X rilevata vicino alle lunghezze d'onda in cui si prevede che gli atomi di ferro o silicio assorbano i raggi X. Uno degli spettri che mostra l'assorbimento da parte del ferro è incluso nel grafico principale e un grafico aggiuntivo mostra uno spettro con assorbimento da parte del silicio. I grafici. Credit: NASA Tuttavia, le lunghezze d'onda di questi segni caratteristici di ferro e silicio sono state spostate a lunghezze d'onda più lunghe o più rosse rispetto ai valori di laboratorio trovati qui sulla Terra (mostrati con la linea tratteggiata). I ricercatori hanno scoperto che lo spostamento delle caratteristiche di assorbimento era lo stesso in ciascuna delle tre osservazioni di Chandra e che era troppo grande per essere spiegato dal movimento lontano da noi. Invece hanno concluso che era causato dal redshift gravitazionale. Come si collega con la relatività generale e il GPS? Come previsto dalla teoria di Einstein, gli orologi sotto la forza di gravità funzionano a una velocità inferiore rispetto agli orologi visti da una regione lontana che sperimenta una gravità più debole. Ciò significa che gli orologi sulla Terra osservati dai satelliti in orbita funzionano a una velocità inferiore. Per avere l'alta precisione necessaria per il GPS, questo effetto deve essere preso in considerazione o ci saranno piccole differenze di tempo che si sommerebbero rapidamente, calcolando posizioni imprecise. Anche tutti i tipi di luce, inclusi i raggi X, sono influenzati dalla gravità. Un'analogia è quella di una persona che corre su una scala mobile che sta scendendo. La forza di gravità ha un effetto simile sulla luce, dove una perdita di energia dà una frequenza inferiore. Poiché la luce nel vuoto viaggia sempre alla stessa velocità, la perdita di energia e la frequenza più bassa significano che la luce, comprese le firme di ferro e silicio, si sposta su lunghezze d'onda maggiori. Questa è la prima prova forte per cui le firme di assorbimento vengono spostate a lunghezze d'onda maggiori dalla gravità in una coppia di stelle che ha una stella di neutroni o un buco nero. Una forte evidenza del redshift è stata precedentemente osservata dalla superficie delle nane bianche, con spostamenti della lunghezza d'onda tipicamente solo circa il 15% di quella per 4U 1916-053. https://www.youtube.com/watch?vTY_9F8v6Tws&featureemb_title la teoria della relatività di Einstein, fondamentale per il GPS, vista nelle stelle lontane L'atmosfera gassosa Gli scienziati dicono che è probabile che un'atmosfera gassosa che ricopre il disco vicino alla stella di neutroni abbia assorbito i raggi X, producendo questi risultati. La dimensione dello spostamento negli spettri ha permesso al team di calcolare quanto è lontana questa atmosfera dalla stella di neutroni, usando la relatività generale e assumendo una massa standard per la stella di neutroni. Hanno scoperto che l'atmosfera si trova a 2414 chilometri circa dalla stella di neutroni ed equivalente solo allo 0,7% della distanza dalla stella di neutroni alla compagna. Probabilmente si estende per diverse centinaia di chilometri dalla stella di neutroni. In due dei tre spettri vi sono anche prove di firme di assorbimento che sono state spostate a lunghezze d'onda ancora più rosse, corrispondenti a una distanza di solo lo 0,04% della distanza dalla stella di neutroni alla compagna. Tuttavia, queste firme vengono rilevate con minore sicurezza rispetto a quelle più lontane dalla stella di neutroni. Agli scienziati è stato assegnato ulteriore tempo di osservazione con Chandra nel prossimo anno per studiare questo sistema in modo più dettagliato. Riferimenti: https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/einstein-s-theory-of-relativity-critical-for-gps-seen-in-distant-stars.htmlhttps://arxiv.org/abs/2008.01083 Periodo di prova gratuito ad Amazon Kindle Unlimited grazie a Passione Astronomia clicca qui Lo store astronomico clicca qui

4U 1916-053

La teoria della relatività di Einstein fondamentale per il… GPS!

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