Einstein tenía razón: confirman (de nuevo) la teoría de la relatividad en un laboratorio espacial

Un equipo internacional ha utilizado telescopios en todo el mundo para completar las pruebas más desafiantes hasta ahora para demostrar la vigencia de la teoría de la relatividad de Einstein.

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La observación de cualquier desviación de la relatividad general, enunciada hace más de 100 años, constituiría un descubrimiento importante que abriría una ventana a la nueva física más allá de nuestra comprensión teórica actual del Universo.

El líder del equipo de investigación, Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania, dice en un comunicado: “Estudiamos un sistema de estrellas compactas que es un laboratorio inigualable para probar las teorías de la gravedad en presencia de campos gravitacionales muy fuertes. Para nuestro deleite, pudimos probar una piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por ondas gravitacionales, con una precisión que es 25 veces mejor que con el púlsar Hulse-Taylor, ganador del Premio Nobel, y 1.000 veces mejor de lo que es posible actualmente con los detectores de ondas gravitacionales”.

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El científico explica que las observaciones no solo están de acuerdo con la teoría, “sino que también pudimos ver efectos que antes no se podían estudiar”.

Ingrid Stairs de la Universidad de British Columbia en Vancouver da un ejemplo: “Seguimos la propagación de fotones de radio emitidos por un faro cósmico, un púlsar, y rastreamos su movimiento en el fuerte campo gravitacional de un púlsar compañero”.

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“Vemos por primera vez cómo la luz no solo se retrasa debido a una fuerte curvatura del espacio-tiempo alrededor del compañero, sino también que la luz se desvía en un pequeño ángulo de 0,04 grados que podemos detectar. Nunca antes se había realizado un experimento de este tipo con una curvatura espacio-temporal tan alta”.

Este laboratorio cósmico conocido como el “Doble Pulsar” fue descubierto por miembros del equipo en 2003. Consiste en dos púlsares de radio que se orbitan entre sí en solo 147 minutos con velocidades de aproximadamente 1 millón de km/h. Un púlsar gira muy rápido, unas 44 veces por segundo. El compañero es joven y tiene un período de rotación de 2,8 segundos. Es su movimiento alrededor del otro lo que puede usarse como un laboratorio de gravedad casi perfecto.

Dick Manchester, de la agencia científica nacional de Australia, CSIRO, ilustra: “Un movimiento orbital tan rápido de objetos compactos como estos, son aproximadamente un 30% más masivos que el Sol pero solo unos 24 km de ancho, nos permite probar muchas predicciones diferentes de la relatividad general - ¡siete en total! Además de las ondas gravitacionales, nuestra precisión nos permite sondear los efectos de la propagación de la luz, como el llamado ‘retardo de Shapiro’ y la flexión de la luz. También medimos el efecto de la ‘dilatación del tiempo’ que hace que los relojes funcionen más lentamente en los campos gravitacionales”.

“Incluso debemos tener en cuenta la famosa ecuación de Einstein E = mc2 al considerar el efecto de la radiación electromagnética emitida por el púlsar de giro rápido sobre el movimiento orbital. ¡Esta radiación corresponde a una pérdida de masa de 8 millones de toneladas por segundo! Si bien esto parece mucho, es solo una pequeña fracción - ¡3 partes en mil billones de billones! - de la masa del púlsar por segundo”.

Los investigadores también midieron, con una precisión de 1 parte en un millón, que la órbita cambia de orientación, un efecto relativista también conocido desde la órbita de Mercurio, pero aquí 140.000 veces más fuerte. Se dieron cuenta de que en este nivel de precisión también deben considerar el impacto de la rotación del púlsar en el espacio-tiempo circundante, que es “arrastrado” con el púlsar giratorio.

Norbert Wex del MPIfR, otro autor principal del estudio, explica: “Los físicos llaman a esto el efecto Lense-Thirring o frame-dragging. En nuestro experimento, significa que debemos considerar la estructura interna de un púlsar como una estrella de neutrones. Por lo tanto, nuestras mediciones nos permiten por primera vez utilizar el seguimiento de precisión de las rotaciones de la estrella de neutrones, una técnica que llamamos sincronización de púlsar para proporcionar restricciones en la extensión de una estrella de neutrones”.

La técnica de sincronización de púlsar se combinó con cuidadosas mediciones interferométricas del sistema para determinar su distancia con imágenes de alta resolución, lo que resultó en un valor de 2.400 años luz con solo un margen de error del 8%.

El miembro del equipo Adam fDeller, de la Universidad de Swinburne en Australia y responsable de esta parte del experimento, destaca: “Es la combinación de diferentes técnicas de observación complementarias lo que se suma al valor extremo del experimento. En el pasado, estudios similares a menudo se vieron obstaculizados por el conocimiento limitado de la distancia de tales sistemas. Este no es el caso aquí, donde además de la sincronización del púlsar y la interferometría también se tuvo en cuenta cuidadosamente la información obtenida de los efectos debidos al medio interestelar”.

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