Gli scienziati hanno trovato il centro del sistema solare, e non è dove pensi

Quando pensiamo alla Terra e ai pianeti vicini che orbitano intorno alla nostra comune stella ospite, ci immaginiamo il centro del sistema solare al centro del Sole. Tuttavia, questo non è del tutto vero, secondo una nuova ricerca.

I pianeti e il Sole in realtà orbitano intorno a un centro di massa comune. E per la prima volta, un team di astronomi ha individuato il centro dell’intero sistema solare fino a 100 metri, il calcolo più preciso mai effettuato.

Le loro scoperte sono dettagliate in uno studio pubblicato in aprile su The Astrophysical Journal, e aiuteranno gli astronomi nella loro ricerca di onde gravitazionali emesse nell’universo da oggetti come i buchi neri supermassicci.

L’intero sistema solare, compreso il Sole, ha un baricentro, ovvero un centro di massa comune a tutti gli oggetti del sistema solare, attorno al quale orbitano. Questo perché i pianeti e gli altri corpi del sistema solare esercitano una trazione gravitazionale sulla stella, facendola oscillare un po’.

Il baricentro del sistema solare si trova invece un po’ fuori dalla superficie del Sole. Tuttavia, gli scienziati non sono stati in grado di individuare esattamente dove si trova questo centro.

Il motivo per cui è difficile farlo è in parte dovuto a Giove, il pianeta più grande del sistema solare. A causa della sua grande massa, Giove ha l’attrazione gravitazionale più forte sul Sole di gran lunga.

Tuttavia, il team di scienziati dietro il nuovo studio è stato in grado di restringere la posizione del baricentro entro 100 metri, un margine molto piccolo considerando le dimensioni colossali del sistema solare, e ha scoperto che si trova proprio sopra la superficie del Sole.

Il segreto delle loro misure accurate – pulsar. Le pulsar sono stelle di neutroni in rapida rotazione, o i resti superdensi di una stella esplosa in una supernova. Queste stelle emettono radiazioni elettromagnetiche sotto forma di fasci luminosi e stretti che attraversano il cosmo con un movimento circolare mentre la stella stessa gira, un po’ come un faro.

Se si osservano le stelle da lontano, sembrerà che pulsino in regolari lampi di luce, da cui il loro nome.

“Usando le pulsar che osserviamo in tutta la galassia della Via Lattea, stiamo cercando di essere come un ragno seduto in quiete al centro della sua ragnatela”, ha detto in un comunicato Stephen Taylor, fisico e astronomo alla Vanderbilt University e autore principale dello studio. “Quanto bene comprendiamo il baricentro del sistema solare è fondamentale nel tentativo di percepire anche il più piccolo formicolio della ragnatela.”

Dalla Terra, i fasci emessi dalle pulsar vengono rilevati come segnali a impulsi che appaiono su base regolare. Usando questi segnali, il team di astronomi è stato in grado di misurare più accuratamente la distanza della Terra da altri oggetti del sistema solare, compreso il baricentro.

Ora che gli astronomi hanno una misura più accurata di dove si trova il baricentro del sistema solare, possono a loro volta effettuare rilevamenti molto più precisi di onde gravitazionali a bassa frequenza.

Le onde gravitazionali sono increspature nello spazio e nel tempo causate da oggetti di massa accelerata come i buchi neri supermassicci, che emettono queste onde verso l’esterno alla velocità della luce.

“La nostra precisa osservazione delle pulsar sparse per la galassia ci ha localizzato nel cosmo meglio di quanto avessimo mai potuto fare prima”, ha detto Taylor. “Trovando le onde gravitazionali in questo modo, oltre ad altri esperimenti, otteniamo una visione più olistica di tutti i diversi tipi di buchi neri nell’Universo.”

Abstract: La regolarità delle emissioni delle pulsar diventa evidente una volta che facciamo riferimento ai tempi di arrivo degli impulsi al sistema solare. Ne consegue che gli errori nella determinazione della posizione della Terra rispetto al baricentro del sistema solare può apparire come un bias tempo-correlato in pulsar-timing serie di tempo residuo, che colpisce le ricerche per le onde gravitazionali a bassa frequenza eseguita con pulsar-timing array. Infatti, recenti serie di dati di array producono diversi limiti superiori di fondo delle onde gravitazionali e statistiche di rilevamento quando analizzati con diverse effemeridi del sistema solare. Fondamentalmente, le effemeridi non forniscono generalmente rappresentazioni di errore utilizzabili. In questo articolo, descriviamo la motivazione, la costruzione e l’applicazione di un modello fisico di incertezze del sistema solare effemeridi, che si concentra sui gradi di libertà (elementi orbitali di Giove) più rilevanti per le ricerche di onde gravitazionali con pulsar-timing array. Questo modello, BayesEphem, è stato usato per derivare i risultati effemeridi-robusti nella ricerca stocastico-sfondo di 11 anni di NANOGrav e fornisce una base per le ricerche future da NANOGrav e da altri consorzi. L’analisi e le simulazioni qui riportate suggeriscono che la modellazione delle effemeridi riduce la sensibilità delle onde gravitazionali del set di dati di 11 anni e che questa degenerazione svanirà con effemeridi migliorate e con set di dati sul tempo delle pulsar che si estendono ben oltre un singolo periodo orbitale gioviano.