Un gruppo di ricercatori ha pubblicato un articolo in cui viene evidenziata l’importanza dello studio dei lampi radio veloci o Fast Radio Bursts (FRB). Questi misteriosi eventi rappresenterebbero il test più adeguato per verificare i principi fondamentali della relatività generale, da 10 a 100 volte migliore rispetto a metodi precedenti basati sull’osservazione dei lampi gamma. Questo approccio è considerato un omaggio significativo ad Einstein in occasione del centenario della formulazione del principio di equivalenza, che sta alla base della sua teoria della gravità. Più in generale, si tratta di una componente essenziale del concetto secondo cui la geometria dello spaziotempo è curvata a causa della densità di massa delle singole galassie, stelle, pianeti e altri oggetti massivi. Il metodo proposto dagli autori è importante perchè permetterà di analizzare la percentuale di lampi radio veloci che gli osservatori radio di ultima generazione avranno la possibilità di rivelare. I risultati sono riportati su Physical Review Letters.
Illustrazione di un lampo radio veloce (FRB) osservato dal radiotelescopio Parkes in Australia. Credit: Swinburne Astronomy Productions
I lampi radio veloci sono emissioni di alta energia (burst) di brevissima durata, appena qualche millisecondo. Finora, sono stati rivelati meno di una ventina di eventi. Si ritiene, in parte, che i lampi radio possano essere associati a sorgenti localizzate al di fuori della Via Lattea e possibilimente al di là del Gruppo Locale di galassie che include la nostra galassia.
«Con più dati che si spera saranno raccolti in futuro, potremo acquisire una migliore comprensione della natura fisica dei lampi radio veloci», spiega Peter Mészáros, Eberly Family Chair in Astronomy and Astrophysics e professore di fisica alla Penn State University (PSU) e co-autore dello studio. È noto che come tutte le forme di radiazione elettromagnetica, tra cui la luce visibile, i lampi radio veloci si propagano nello spazio come onde di particelle chiamate fotoni. Il numero di creste d’onda che arrivano ogni secondo dai lampi radio veloci, cioè la loro “frequenza”, si trova nello stesso intervallo dei segnali radio. «Quando rivelatori più potenti e sensibili ci permetteranno di realizzare più osservazioni», continua Mészáros, «allora, saremo in grado di utilizzare questi eventi radio per studiare le galassie ospiti, lo spazio intergalattico, la rete cosmica che caratterizza la struttura del nostro Universo ma anche per eseguire tutta una serie di test di fisica fondamentale».
I ricercatori si aspettano che l’impatto dovuto a questo nuovo metodo diventerà sempre più significativo man mano che saranno osservati sempre più lampi radio veloci, in particolare se la loro origine sarà determinata in maniera più precisa. “Se troveremo che i lampi radio veloci si originano al di fuori della Via Lattea e se la loro distanza potrà essere determinata in maniera più accurata, allora questi eventi potranno essere considerati un potente strumento d’indagine per testare il principio di equivalenza di Einstein, estendendo così l’intervallo di energia fino alle frequenze radio”, fa notare Mészáros.
Questa illustrazione mostra come due fotoni di diversa frequenza (νh frequenza più elevata e νl frequenza più bassa) si propagano da una sorgente distante in uno spaziotempo curvo da dove ha origine il lampo radio veloce fino a raggiungere la Terra. Un limite inferiore alla stima dell’attrazione gravitazionale che i fotoni subiscono lungo il loro tragitto è dato dalla massa distribuita nelle regioni centrali della Via Lattea. Credit: Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences
Il principio di equivalenza richiede che due fotoni di frequenza diversa, emessi simultaneamente dalla stessa sorgente e che si propagano attraverso gli stessi campi gravitazionali, arrivino sulla Terra esattamente nello stesso istante di tempo. «Se il principio di equivalenza è corretto, ogni ritardo che si può verificare tra due fotoni non dovrebbe essere dovuto ai campi gravitazionali che essi attraversano durante il loro viaggio bensì ad altri effetti fisici», dice Mészáros. «Dunque, se misuriamo la differenza temporale tra i due fotoni di diversa frequenza nel momento in cui arrivano sulla Terra, possiamo verificare in che modo essi seguono il principio di equivalenza».
In particolare, il test messo a punto dagli autori riguarda un’analisi della curvatura spaziale a cui sono soggetti i fotoni a causa della presenza di oggetti massivi che essi incontrano lungo il loro tragitto nello spazio prima di arrivare a Terra. «Il nostro esperimento che riguarda la verifica sperimentale del principio di equivalenza mediante l’utilizzo dei lampi radio veloci consiste nel verificare di quanto varia un parametro, detto parametro gamma, per i due fotoni», dice Mészáros.
I risultati dell’analisi eseguita dai ricercatori su meno di una dozzina di eventi radio FRB si sostituiscono di 1-2 ordini di grandezza ai precedenti limiti posti sull’accuratezza del principio di equivalenza che sono stati ottenuti dallo studio dei raggi gamma e di altre forme di energia a seguito dell’esplosione della supernova 1987A. «La nostra analisi», conclude Mészáros, «che si basa sulle radio frequenze dimostra che il principio di equivalenza di Einstein viene seguito con una validità pari a 1 parte su 100 milioni. Questo risultato rappresenta un omaggio significativo alla teoria di Einstein nel centesimo anniversario della sua formulazione iniziale».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Physical Review Letters: Jun-Jie Wei, He Gao, Xue-Feng Wu e Peter Mészáros – Testing Einstein’s Equivalence Principle With Fast Radio Bursts
- Leggi il preprint su arXiv: Testing Einstein’s Equivalence Principle with Fast Radio Bursts