Gli scienziati trovano prove della teoria della relatività generale di Einstein nei nuclei delle stelle morte

Gli scienziati trovano prove della teoria della relatività generale di Einstein nei nuclei delle stelle morte
Gli scienziati trovano prove della teoria della relatività generale di Einstein nei nuclei delle stelle morte
Anonim

Gli scienziati hanno sostenuto la teoria della relatività generale di Albert Einstein esplorando gli strani misteri delle nane bianche.

Gli astronomi hanno a lungo ipotizzato una relazione tra la massa e il raggio di una stella nana bianca, ma fino ad ora non sono stati in grado di osservare la relazione tra la massa e il raggio della stella, mostra un nuovo studio. Man mano che le nane bianche guadagnano massa, diminuiscono di dimensioni, a differenza della maggior parte degli oggetti celesti conosciuti.

In questo nuovo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un nuovo metodo che includeva i dati di migliaia di nane bianche per osservare lo strano fenomeno e fornire ulteriori prove della relatività generale.

Quando le stelle come il nostro Sole esauriscono il carburante, perdono i loro strati esterni e sono esposte a un nucleo delle dimensioni della Terra. Questo nucleo è noto come nana bianca e si crede che sia lo stato evolutivo finale dell'oggetto stellare.

Ma questi resti stellari sono pieni di mistero, perché quando le nane bianche aumentano di massa, diminuiscono di dimensioni. Pertanto, le nane bianche alla fine avranno una massa simile a quella del Sole, ma racchiuse in un corpo delle dimensioni della Terra.

Le nane bianche diventano così piccole e compatte che alla fine si disintegrano in stelle di neutroni, corpi stellari molto densi con un raggio che di solito non si estende oltre i 30 chilometri.

La strana relazione tra massa e raggio all'interno delle nane bianche è stata teorizzata negli anni '30. Si pensa che il motivo per cui le nane bianche aumentano la massa mentre si contraggono sia dovuto allo stato dei loro elettroni: quando una nana bianca si contrae, i suoi elettroni aumentano.

Questo meccanismo è una combinazione di meccanica quantistica - la teoria fondamentale in fisica sul movimento e l'interazione delle particelle subatomiche e la teoria della relatività generale di Albert Einstein, che si occupa degli effetti gravitazionali.

"Il rapporto massa-raggio è un'impressionante combinazione di meccanica quantistica e gravità, ma per noi sfida il buon senso", ha detto Nadya Zakamskaya, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Johns Hopkins University, che ha guidato il nuovo studio. "Pensiamo che quando un oggetto guadagna massa, dovrebbe diventare più grande".

In questo nuovo studio, un team della Johns Hopkins University ha sviluppato un metodo per osservare il rapporto massa-raggio nelle nane bianche. Utilizzando i dati raccolti dallo Sloan Digital Sky Survey e dal Gaia Space Observatory, i ricercatori hanno studiato 3.000 nane bianche.

Il team di ricerca ha misurato l'effetto del redshift gravitazionale, che è l'effetto della gravità sulla luce, sulle stelle. Quando la luce si allontana da un oggetto, la lunghezza d'onda della luce emanata dall'oggetto si allunga, facendola apparire più rossa. Studiando l'effetto gravitazionale del redshift, sono stati in grado di determinare la velocità radiale delle nane bianche che hanno lo stesso raggio.

La velocità radiale è la distanza dal Sole a una data stella, che determina se una stella si sta avvicinando o allontanandosi dal Sole. Determinando la velocità radiale delle stelle, potrebbero anche determinare il cambiamento nella massa delle stelle.

"La teoria è in circolazione da molto tempo, ma ciò che è notevole è che il set di dati che abbiamo utilizzato è di dimensioni e accuratezza senza precedenti", ha aggiunto Zakamska. "Questi metodi di misurazione, che in alcuni casi sono stati sviluppati molti anni fa, improvvisamente funzionano molto meglio e queste vecchie teorie possono finalmente essere esplorate".

Il metodo utilizzato nello studio ha essenzialmente trasformato la teoria in un fenomeno osservativo. Inoltre, può essere utilizzato per studiare più stelle in futuro e può aiutare gli astronomi ad analizzare la composizione chimica delle nane bianche.

"Man mano che la stella diventa più piccola man mano che diventa più massiccia, anche il redshift gravitazionale cresce con la massa", ha detto Zakamska.

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