di  Ummi Abbas

Il primo esperimento di deflessione della luce nel Sistema Solare fu condotto da Eddington nel 1919 e verificò la teoria della relatività generale di Einstein utilizzando le osservazioni di una stella vicina al Sole. A distanza di 103 anni da quell’esperimento il satellite Gaia, grazie alle sue osservazioni astrometriche di altissima precisione, ha rivisitato la deflessione relativistica della luce nell’ottico, questa volta attorno a Giove.

In questo studio guidato da Ummi Abbas, ricercatrice presso l’osservatorio astrofisico di Torino (OATo), sono state analizzate osservazioni di Gaia di una stella in prossimità (soli 7 secondi d’arco) del limbo di Giove, misurando un segnale di deflessione di quasi 10 milli secondi d’arco (mas).  Questa è la misura del segnale di deflessione più forte attorno a un pianeta del Sistema Solare mai ottenuta a qualsiasi lunghezza d’onda.

L’articolo indaga, per la prima volta nell’ottico, la deflessione relativistica della luce da parte di un pianeta nel nostro Sistema Solare, in questo caso Giove, basandosi su tecniche di astrometria differenziale. Un oggetto sferico produce un effetto di deflessione di monopolo della luce di una stella osservata vicino ad esso. Se l’oggetto è oblato, questo produce un effetto aggiuntivo, detto di deflessione di quadrupolo. La deflessione dipende dalla separazione angolare tra il corpo deflettore e la sorgente. Nel campo attorno a Giove l’effetto di deflessione dominante è quello principalmente dovuto al suo monopolo, raggiungendo i 16,2 mas al limbo che diminuisce come l’inverso della distanza tra la sorgente ed il suo centro. Quello dovuto al quadrupolo è di appena 240 micro-secondi d’arco (µas) al limbo e diminuisce con l’inverso del cubo della distanza.

Nell’articolo gli autori si sono concentrati sulla stella luminosa più vicina con G = 12,78 mag osservata su 25 transiti, quasi consecutivi, in un intervallo di circa 3 giorni intorno all’osservazione del massimo avvicinamento, avvenuto alle 03h 54m 56.450sec del mattino del 23 febbraio 2017, ora italiana.
Dopo un attento trattamento dei dati e un’analisi sofisticata che sfrutta la presenza di stelle di riferimento nelle vicinanze, hanno misurato un effetto di deflessione totale di ∼10 mas, in ottimo accordo con la magnitudine dell’effetto di deflessione prevista dalla Relatività Generale.
Questi risultati incoraggiano fortemente ulteriori indagini per cercare di districare la deflessione del quadrupolo dal segnale totale utilizzando le osservazioni astrometriche di Gaia nei futuri cicli di processamento, dove l’obiettivo finale sarà quello di tentare di misurare un segnale di soli ∼100µas al massimo avvicinamento al limbo di Giove dovuto al solo momento di quadrupolo del pianeta, quasi 100 volte più piccolo dell’effetto di deflessione dovuto al suo monopolo.

Grafico di deflessione D=D(t)

Effetto di deflessione relativistica della stella target a varie distanze angolari dal centro di Giove. I cerchi blu rappresentano la stima ottenuta per ciascun set di dati osservativi corrispondenti a scansioni successive del campo di vista attorno a Giove da parte del satellite Gaia. L’area ombreggiata in grigio mostra la zona di esclusione del disco di Giove. La linea tratteggiata grigia rappresenta la deflessione totale dovuta agli effetti di monopolo e quadrupolo di Giove previsti dalla Relativita’ Generale, mentre la linea continua rossa mostra la deflessione corrispondente, dovuta sia a Giove che al Sole, proiettata nella direzione in cui Gaia effettua la misura. I segni di spunta in alto mostrano la distanza dal pianeta in unità del raggio di Giove. (Crediti: Abbas et al. 2022)