Einstein verificado: una estrella de neutrones ultradensa se comporta igual que una pluma

Astrónomos usan sistema extremo de estrellas para comprobar la teoría gravitacional de Einstein. 

Isaac Newton pensaba en la gravedad como una fuerza de atracción que actuaba desde cualquier cuerpo que tuviera masa: el Sol, la Tierra, la Luna, nosotros o incluso una manzana. Así, la fuerza con que se atraen dos objetos cualesquiera es mayor cuanto más masa tengan y cuanto más cerca estén uno del otro. Pero si la separación entre ellos aumenta, la fuerza disminuye con el clásico factor “inverso de la distancia al cuadrado”.

La mecánica newtoniana resultó exitosísima en todos los sentidos, pues explicaba casi a la perfección fenómenos de la vida cotidiana de una manera excepcional: desde la trayectoria de un balón de fútbol despejado por el portero, hasta los detalles más finos del viaje de una nave interplanetaria.

Pero el gran problema del modelo de Newton para explicar la fuerza de gravedad era que esta se transmitía instantáneamente. En otras palabras, y con el conocimiento actual, la fuerza de gravedad viajaba más rápido que la luz, lo cual es físicamente imposible.

Aquí es donde entra Albert Einstein y su teoría de relatividad general.

En la teoría de relatividad de Einstein la masa de los objetos deforma el espacio-tiempo.

Einstein repensó el modelo de Newton e interpretó la fuerza de gravedad como una deformación en la “malla” espacio-tiempo producida por la masa de los objetos. Así, los objetos en realidad “caen” por esta “sabana curva”: una manzana lanzada al aire cae hacia la Tierra, la Luna también cae hacia la Tierra pero en una trayectoria diferente a la manzana, la Tierra cae hacia el Sol, etc.

Pero además, la comprensión de Einstein de la gravedad, como se describe en su teoría de relatividad general, predice que todos los objetos caen con la misma aceleración, independientemente de su masa o composición, sin importar si es una pluma, una manzana, el Sol o una estrella de neutrones.

Así, provechando las increíbles mediciones (y su extrema precisión) que pueden lograrse con instrumentos astronómicos, un grupo de científicos ha realizado una de las comprobaciones a las predicciones de Einstein más rigurosa hasta el momento, observando el comportamiento de tres estrellas en un mismo sistema: dos enanas blancas y una estrella de neutrones ultradensa.

Ilustración artística del sistema triple de objetos.

Los astrónomos usaron el radiotelescopio gigante, de 100 metros de diámetro, Green Bank Telescope (GBT), en EU, para determinar que incluso la estrella de neutrones “cae” de la misma manera que sus contrapartes menos densas, un aspecto de la naturaleza llamado “principio de equivalencia”.

Los resultados, publicados en la revista Nature, muestran que las ideas de Einstein sobre la gravedad se mantienen incluso en uno de los escenarios más extremos que el Universo puede ofrecer.

Dos enanas y un pulsar

En 2011, usando la antena GBT, se descubrió un sistema triple denominado PSR J0337+1715, ubicado a unos 4,200 años luz de la Tierra y que representa un laboratorio natural para probar la teoría de relatividad.

Este sistema contiene una estrella de neutrones en una órbita de 1.6 días con una estrella enana blanca, y el par en una órbita de 327 días con otra enana blanca más lejana.

Desde su descubrimiento, el sistema triple ha sido observado regularmente por el GBT, el Westerbork Synthesis Radio Telescope en Holanda y el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico. Solo en el GBT se han invertido más de 400 horas de observación en este sistema cósmico, tomando datos y calculando cómo se mueve cada objeto en relación con el otro.

Los pulsares son como faros: si el haz de radiación queda en dirección de la Tierra, podemos detectarlos con su destello regular.

En particular, la estrella de neutrones se comporta como un pulsar que rota 366 veces por segundo, emitiendo destellos de ondas de radio con esta misma frecuencia, como si fuera un faro costero extremadamente rápido.

La gran precisión de los instrumentos astronómicos es capaz de decirle a los investigadores si hay cambios en la aceleración, en la separación y la fuerza de gravedad entre los tres objetos.

Einstein verificado

Existen algunas propuestas alternativos a la teoría general de relatividad que también intentan explicar lo que sucede con la gravedad en escenarios extremos como los de PSR J0337+1715. Pero si estos modelos alternativos a las ideas de Einstein fueran correctas, entonces la estrella de neutrones y la enana blanca interna caerían cada una de forma diferente hacia la enana blanca externa.

Lo que se observa puede resumirse en una frase: Einstein tiene razón (otra vez).

El equipo científico pudo probar la gravedad del sistema utilizando los pulsos de la estrella de neutrones. Descubrieron que cualquier diferencia de aceleración entre la estrella de neutrones y la enana blanca interna es demasiado pequeña para detectarla, por lo que ambas caen de igual forma hacia la enana externa, sin importar la notable diferencia de masa entre el par cercano.

Un experimento con resultados similares es el de dejar caer una pluma y una bala de cañón desde la misma altura, en una cámara al vacío, y observar que los dos objetos caen al mismo tiempo.

El resultado de los astrónomos es diez veces más preciso que la mejor prueba previa de gravedad, lo que hace que la evidencia del principio de equivalencia de Einstein sea mucho más sólida.

Más información aquí.

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