Indagini per test di gravità

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07 maggio 2021, 1:06 h

Nuovo telescopio per studiare la teoria della relatività di Einstein e gli oggetti ad alta densità nell’universo. Utilizzando il telescopio sudafricano MeerKAT, gli astronomi stanno studiando sistematicamente stelle binarie pulsanti per i test gravitazionali. Comunicato stampa del Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn.

6 maggio 2021 – Un gruppo internazionale di astronomi guidato dal Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn e dall’Università della British Columbia (UBC) a Vancouver presenta i primi risultati di un programma di osservazione su larga scala creato dal Sud Radiotelescopio africano MeerKAT per testare le teorie di Einstein con una precisione senza precedenti. Il programma si chiamava pulsar binarie e relativistiche ?? (RelBin) I primi risultati sono stati presentati in un articolo pubblicato oggi sul Journal of Monthly Notice della Royal Astronomical Society? Descritto.

La teoria della relatività generale di Albert Einstein è una delle teorie meglio studiate in fisica ed è attualmente la migliore descrizione della gravità, tuttavia, rimangono domande, come la natura della materia oscura ?? O “energia oscura” ?? Sono ancora oggetto di indagine le mancate risposte e le possibili deviazioni dalla relatività generale. Qui, lo studio delle pulsar binarie, stelle di densità estremamente elevata che agiscono come fari cosmici e orologi dei minuti, fornisce intuizioni uniche che completano altri esperimenti, ad esempio con rilevatori di onde gravitazionali o missioni satellitari.

Le pulsar hanno una dimensione di circa 15 miglia e sono costituite principalmente da neutroni. Con masse circa il doppio della massa del Sole, è l’oggetto più estremo nell’universo osservabile. Tracciando il loro movimento attorno a un potenziale compagno, un’altra stella di neutroni o una “nana bianca” più grande, che è il nucleo esposto di una stella ordinaria alla fine della sua vita, i radiotelescopi come MeerKAT in Sud Africa possono localizzarli nelle loro orbite solo per circa 30 esattamente il metro! Questo può rivelare una serie di effetti relativistici nel movimento orbitale, come l’emissione di onde gravitazionali o gli effetti sulla propagazione della luce in forti campi gravitazionali.

Il telescopio MeerKAT è un nuovo eccellente radiotelescopio sviluppato dal Radio Astronomy Observatory in Sud Africa. (Saraw) è stato costruito e gestito. Fornisce un’elevata sensibilità grazie al segnale impostato da 64 antenne singole, lunghe 13 metri. Come parte di una vasta proposta di sondaggio? MeerTime, diretto dal professor Matthew Biles della Swinburne University in Australia, era il progetto “Relative and Binary Pulsars”. (RelBin) Sotto la direzione del professor Michael Kramer, direttore di MPIfR, Bonn, e della professoressa Ingrid Steers, University of British Columbia in Canada, il miglior programma scientifico proposto per MeerKAT. Il team di RelBin International insieme a colleghi provenienti da Africa, Australia, Europa e Nord America stanno ora presentando i primi risultati di questo programma.

RelBin si concentra principalmente sul monitoraggio degli effetti relativistici nei sistemi binari delle pulsar al fine di consentire misurazioni accurate delle masse delle stelle di neutroni e test delle teorie gravitazionali. Anche se i risultati dettagliati possono essere attesi solo dopo diversi mesi di osservazione, il team può già dimostrare che le osservazioni con MeerKAT tipicamente migliorano i dati attuali di altri telescopi di un fattore 2-3, a volte di un intero ordine di grandezza. Michael Kramer è entusiasta: Meerkat sta andando meglio di quanto ci aspettassimo! Ora possiamo eseguire esperimenti che non solo richiederebbero circa 10 anni con altri telescopi, ma possiamo anche farli con molta più precisione.

PSR J0737-3039A: Il sistema a doppia pulsar è costituito da due pulsar (con periodi di 23 ms e 2,8 secondi) in orbita l’una sull’altra. La doppia pulsar è uno degli osservatori esaminati nell’ambito del programma RelBin. (Foto: Michael Kramer / MPIfR)

Le fonti esaminate includono il famoso sistema a doppia pulsar, in cui due pulsar orbitano l’una intorno all’altra in sole 2,5 ore. Il co-leader del progetto Ingrid Stairs spiega: “Ora possiamo esaminare questo sistema in modo più dettagliato. Il sistema cambia costantemente la sua configurazione dell’orbita a causa di effetti relativistici e possiamo seguire da vicino questi effetti per i test di relatività generale”.

RelBin è il più grande studio sulle doppie pulsar relativistiche fino ad oggi e mira anche ad aumentare il numero di masse misurate con precisione di stelle di neutroni. Dott. Vivek Venkatraman Krishnan, studente post-dottorato MPIfR e co-organizzatore del lavoro, riassume questo: ?? La massa delle stelle di neutroni fornisce informazioni sulla densità dei fasci di materia nell’universo. Attraverso le osservazioni di MeerKAT degli effetti relativistici sul moto delle stelle di neutroni nei sistemi binari, possiamo misurare le loro masse con un’accuratezza di circa l’1% o migliore, ed eventualmente provare o escludere una serie di modelli proposti dai fisici nucleari. ??

Il team di Matthew Biles della Swinburne University of Technology ha sviluppato un’infrastruttura di supercomputer che riceve ogni giorno quasi 300 milioni di megabyte di input dal telescopio e li trasforma in dati utilizzabili scientificamente. “MeerKAT è un eccellente esempio di un progetto scientifico globale in cui esperti di tutto il mondo si uniscono per costruire un ottimo strumento che metta le leggi di Einstein al suo ritmo”, dice.

Antenne radio per la rete di telescopi MeerKAT nella penisola di Karoo, in Sud Africa, sotto un cielo notturno stellato. (Bild: Radio Astronomy Observatory in South Africa (Saraw))

Il Merkat Telescope Network gestito da Saraw è il più grande radiotelescopio dell’emisfero australe e uno dei due dispositivi principali per il progetto SKA, che è stato istituito in Sud Africa. Il radiotelescopio nel deserto del Karoo sarà presto ampliato dalla Max Planck Society in collaborazione con SARAO e INAF in Italia per includere una serie di antenne riflettenti aggiuntive. Questo progetto chiamato “MeerKAT +” migliorerà le capacità di MeerKAT. Il telescopio verrà successivamente integrato gradualmente nello SKAO Middle Telescope. Le prime osservazioni scientifiche con il telescopio MeerKAT migliorato potrebbero iniziare già nel 2023, mentre il telescopio è ancora in fase di test.

Vogliamo solo congratularci con i nostri colleghi sudafricani per la loro grande prestazione. Siamo orgogliosi e grati di poter utilizzare il telescopio con i nostri colleghi africani per i nostri studi congiunti. Restate sintonizzati per risultati più entusiasmanti! Michael Kramer conclude.

Informazioni di base
Uno dei Radio Astronomy Observatory in Sud Africa (SARAO), il MeerKAT Telescope Network è il più grande radiotelescopio dell’emisfero australe e uno dei due strumenti iniziali del progetto SKA, che sarà in Sud Africa. Il radiotelescopio nel deserto del Karoo sarà presto ampliato per includere antenne aggiuntive equivalenti al progetto Meerkat +. allargato. Il telescopio sarà successivamente integrato gradualmente nel progetto SKA e la costruzione del telescopio inizierà presto e continuerà fino al 2028. Le prime osservazioni scientifiche con MeerKAT + potrebbero iniziare già nel 2023, durante le fasi di test del telescopio.

MeerTIME è una “vasta proposta di indagine” del telescopio MeerKAT gestito dalla Swinburne University of Technology. In collaborazione con diversi istituti australiani, nonché INAF, Università di Manchester, MPIfR, NRAO e SARAO.

????????????????????????????????????? RelBin è un programma scientifico nell’ambito di una “grande proposta di sondaggio”? MeerTime, per l’indagine sistematica di sistemi binari pulsar per test gravitazionali. Il programma è moderato dal professor Michael Kramer, direttore del MPIfR di Bonn, e dalla professoressa Ingrid Stairs dell’Università della British Columbia (UBC). Il team di ricerca internazionale di RelBin comprende scienziati provenienti da Africa, Australia, Europa e Nord America.

Il team di ricerca editoriale comprende Michael Kramer, Ingrid H. Scale, Vivek Venkatraman Krishnan, Paolo C. Freire, Federico Abate, Matthew Biles, Marta Burgay, Sandra Bochner, David J. Champion, Ismail Cognard, Tasha Gautam, Marisa Geyer, Lucas Guillemot, Huanchen Hu, Gemma Janssen, Marcus E. Lower , Aditya Parthasarathy, Andrea Possenti, Scott Ransom, Daniel J. Rridon, Alessandro Ridolfi, Maciej Serylak, Ryan M. Shannon, Renée Spiewak, Gilles Theureau, Willem van Straten, Norbert Wex, Lucy S. Oswald, Betina Bosselt, Charlotte Soby, Ewoan Dr .. Barr, Fernando Camilo, Benjamin Hugo, Andrew Jameson, Simon Johnston, Aris Carstrejo, Michael Keith e Stefan Usowski. Undici autori (Kramer, Venkatraman Krishnan, Frere, Abatee, Champion, Gotham, He, Parthasarathy, Ridolfi, Wicks e Parr) appartengono a MPIfR.

Originalveröffentlichung
Programma relativo binario MeerKAT: obiettivi scientifici e primi risultati
M. Kramer et al.
Avvisi mensili della Royal Astronomical Society (MNRAS), Vol.504, Numero 2, giugno 2021, Pagine 2094 2114),
DOI: doi.org/10.1093/mnras/stab375

Programma relativo binario MeerKAT: obiettivi scientifici e primi risultati
arXiv-Preprint (Kramer et al.2021, MNRAS Volume 504, Edizione 2, giugno 2021, Pages 2094 ?? 2114)

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Fonte: Istituto Max Planck per la radioastronomia