{"id":8834,"date":"2020-07-11T16:10:49","date_gmt":"2020-07-11T14:10:49","guid":{"rendered":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=8834"},"modified":"2020-07-11T16:28:54","modified_gmt":"2020-07-11T14:28:54","slug":"indagine-sulla-curva-di-rotazione-della-via-lattea","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=8834","title":{"rendered":"Indagine sulla curva di rotazione della Via Lattea"},"content":{"rendered":"\n

Un modello della nostra galassia basato sulla relativit\u00e0 generale, senza necessit\u00e0 di ricorrere alla materia oscura, \u00e8 in grado di rappresentare i dati sperimentali con una qualit\u00e0 del tutto simile a quella di un modello tradizionale basato sulla dinamica newtoniana con un alone di materia oscura. Lo illustra oggi su Media Inaf la prima autrice dello studio pubblicato su Mnras, Mariateresa Crosta dell\u2019Inaf di Torino<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Un problema quasi centenario per gli astronomi, che risale alle storiche osservazioni di Fritz Zwicky<\/a><\/strong> (1934) e poi di Vera Rubin<\/a><\/strong>, riguarda la curva di rotazione delle stelle<\/a><\/strong> osservata lontano dal centro galattico, la quale non segue la legge della gravit\u00e0 di Newton, ma che, invece, pare essere sostenuta da un contributo aggiuntivo associato alla materia oscura<\/a><\/strong>, situata nell\u2019alone circondante la galassia stessa e che mantiene le velocit\u00e0 stellari costanti fino alle periferie galattiche. <\/p>\n\n\n\n

Il nostro recente studio<\/a><\/strong> pubblicato su MNRAS<\/a><\/strong> suggerisce che la geometria dello spazio-tempo guidi tali velocit\u00e0, nel piano della nostra galassia, coerentemente con la teoria di Einstein, secondo la quale, date le sorgenti gravitazionali e una geometria spazio-temporale sottostante, \u201clo spazio dice alla materia come muoversi, la materia dice allo spazio come curvare<\/em>\u201d (J. A. Wheeler). La geometria dello spazio-tempo, dunque, come manifestazione della gravit\u00e0, renderebbe da sola conto delle propriet\u00e0 gravitazionali della materia oscura, che si caratterizza in generale dal fatto di non assorbire o emettere luce, di interagire solo con la gravit\u00e0 ed essere, appunto, necessaria per giustificare il divario esistente tra la curva di rotazione osservata e le velocit\u00e0 newtoniane attese. <\/p>\n\n\n\n

Una delle equazioni di campo di Einstein<\/a><\/strong> \u2013 ricordiamo che nel caso della relativit\u00e0 generale<\/a><\/strong>, che fa uso di tensori, sono un insieme di 10 equazioni \u2013 fornisce la densit\u00e0 di materia barionica<\/a><\/strong> richiesta per chiudere il suddetto gap senza alcuna ulteriore componente aggiuntiva. Sfruttando poi le restanti equazioni, il profilo della velocit\u00e0 relativistica risulta statisticamente indistinguibile dal suo analogo basato su modelli di materia oscura<\/em> e, nel contempo, la componente relativistica nel disco legata al trascinamento gravitazionale<\/a><\/strong> \u2013 detta di dragging \u2013 pu\u00f2 effettivamente compensare l\u2019assenza di materia oscura nell\u2019alone. Pertanto la piattezza osservata della curva di rotazione della Via Lattea si origina come effetto della relativit\u00e0 generale<\/em>, non prevedibile dalla gravit\u00e0 di Newton. Infatti \u00e8 noto che la relativit\u00e0 generale presenta effetti di campo debole non previsti dalla teoria di Newton classica, come quello di Lense-Thirring<\/a><\/strong> o la precessione relativistica del perielio di Mercurio<\/a><\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

L\u2019idea di perseguire l\u2019uso del relativit\u00e0 generale per modellare la nostra galassia nasce nell\u2019ambito delle nostre attivit\u00e0 di core processing della missione dell\u2019Esa Gaia<\/a><\/strong>, che sta realizzando un\u2019accurata mappatura su larga scala delle distanze e delle velocit\u00e0 stellari della Via Lattea. <\/p>\n\n\n\n

Il trattamento dei dati di Gaia richiede l\u2019uso obbligatorio dei modelli di relativit\u00e0 generale per garantire l\u2019accuratezza dei prodotti scientifici della missione, come, per esempio, le parallassi da cui si ricavano le distanze. Gaia, difatti, rappresenta l\u2019avvento dell\u2019astrometria relativistica<\/strong>, in quanto la ricostruzione a ritroso delle traiettorie di luce delle stelle viene fatta tenendo conto della geometria spazio-temporale mutevole del Sistema solare, sulla quale si basa anche la definizione dei sistemi di riferimento celesti<\/a><\/strong> (Bcrs) dell\u2019Unione astronomica internazionale. <\/p>\n\n\n\n

Grazie alla Dr2<\/a><\/strong> (il secondo catalogo dei dati raccolti dalla missione Gaia), quell\u2019idea si \u00e8 finalmente materializzata: utilizzando i migliori prodotti della Dr2 \u2013 parallasse pi\u00f9 precise del 20 per cento e l\u2019insieme completo dei moti propri e delle velocit\u00e0 lungo la linea di vista \u2013 e la fotometria 2Mass<\/a><\/strong> a complemento, siamo stati in grado di selezionare un campione molto omogeneo di 5602 stelle del disco (5277 stelle upper-MS<\/a><\/strong> e 325 cefeidi<\/a><\/strong> classiche di tipo I), quindi di ricostruire la cinematica della parte assi-simmetrica del potenziale galattico su un ampio intervallo di distanze galattocentriche (da 5 a 16 kpc). <\/p>\n\n\n\n

Questi dati, senza precedenti e riferibili a uno stesso osservatore, sono stati adattati a due profili di curva di rotazione, uno relativistico e un analogo classico basato sulla materia oscura (ovvero ricavato in modo standard dall\u2019equazione di Poisson). I risultati hanno dimostrato, per la prima volta, che il modello relativistico \u00e8 in grado di rappresentare i dati sperimentali con una qualit\u00e0 del tutto simile a quella di un modello tradizionale basato sulla dinamica newtoniana e un alone di materia oscura<\/em>. Per la deduzione del profilo relativistico \u00e8 stato fondamentale inquadrare correttamente la misura della velocit\u00e0 effettuata dall\u2019osservatore solidale con il Sistema solare (Bcrs) rispetto a quello al centro della galassia. Contrariamente all\u2019astronomia classica, il processo di misura in relativit\u00e0 generale dipende dalla geometria sottostante e nel nostro caso tale velocit\u00e0 risulta essere proporzionale al termine non-diagonale della metrica legato, appunto, al trascinamento gravitazionale. <\/p>\n\n\n\n

Alla luce di ci\u00f2, ogni futuro modello galattico dovrebbe essere sviluppato coerentemente con la cinematica relativistica fornita da Gaia. Per l\u2019etere, ad esempio, \u00e8 stato fruttuoso formulare nuove interpretazioni epistemologiche per spiegare le contraddizioni tra la meccanica classica e le leggi dell\u2019elettromagnetismo. Einstein, grazie all\u2019ansatz<\/a><\/strong> della relativit\u00e0 speciale, introdusse una nuova cinematica che soddisfaceva l\u2019esperimento di Michelson-Morley<\/a><\/strong> e le equazioni di Maxwell<\/a><\/strong>, invece di aggiungere alla teoria di Newton una nuova dinamica, ovvero la \u201cforza molecolare extra\u201d suggerita dall\u2019effetto di contrazione di Lorentz-FitzGerald<\/a><\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

Seguendo questi principi primi, l\u2019ansatz da cui siamo partiti \u00e8 un modello di relativit\u00e0 generale semplificato che tratta le stelle della nostra galassia come sorgenti isolate e stazionarie non interagenti tra loro, distribuite con simmetria assiale<\/em>. In sostanza una geometria di \u201cpolvere relativistica\u201d<\/em>. Tra i modelli di questo tipo, la soluzione analitica per il profilo di velocit\u00e0 proposto negli ultimi anni da Balasin e Grummiller<\/a><\/strong> (2008) si \u00e8 rivelato efficace per dimostrare la natura relativistica della curva di rotazione mappata da Gaia all\u2019interno della Via Lattea. Tale modello, nonostante alcune inadeguatezze e incompletezze (ad esempio, non pu\u00f2 essere esteso, cos\u00ec com\u2019\u00e8, alle regioni interne della galassia), ha consentito anche di stimare la dimensione radiale (esterna) del rigonfiamento (bulge) galattico e lo spessore del disco a distanze radiali R > 4 kpc. <\/p>\n\n\n\n

Per concludere, questi incoraggianti risultati ci sollecitano a un uso approfondito della teoria di Einstein negli anni a venire e affermano la necessit\u00e0 di sviluppare \u201cgeometrie\u201d galattiche pi\u00f9 complesse che possano tenere adeguatamente conto delle varie strutture della Via Lattea. Ci\u00f2 anche in previsione dei nuovi dati di Gaia sempre pi\u00f9 accurati, magari coniugati ad altre osservazioni, complementari, delle regioni centrali della galassia.<\/p>\n\n\n\n

D\u2019altra parte, non dimentichiamoci che la Via Lattea rappresenta il \u201cprodotto\u201d cosmologico a noi pi\u00f9 vicino e che una sua adeguata rappresentazione, attraverso un osservatore relativistico simile a quello di Gaia, pu\u00f2 aiutare a mettere sul banco di prova, su scala galattica, le previsioni di qualsiasi modello cosmologico. <\/p>\n\n\n\n

Questo studio \u00e8 risultato dalle attivit\u00e0 di ricerca del team dell\u2019Inaf di Torino che lavora da decenni sull\u2019astrometria gravitazionale<\/a><\/strong> e sui suoi test su scala locale e galattica, resi possibili dalla missione Gaia e dal costante supporto dell\u2019Agenzia spaziale italiana attraverso accordi specifici con Inaf. In particolare, per questo lavoro, sono stati cruciali l\u2019interazione multidisciplinare per trattare gli aspetti critici, dalla teoria alla sperimentazione. In aggiunta, questo lavoro \u00e8 parte integrante del lavoro di Marco Giammaria per il dottorato di ricerca in fisica dell\u2019Universit\u00e0 di Torino (advisors M. Crosta e M. G. Lattanzi). <\/p>\n\n\n\n