COMPRUEBAN MECÁNICA RELATIVISTA CON ESTRELLA PULSAR


Texto extraído de sitio Círculo Astronómico

Utilizado el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO en Chile, junto con otros radiotelescopios de todo el mundo, encuentran masiva estrella de neutrones orbitada por una estrella enana blanca. El laboratorio perfecto para poner a prueba la teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general.

Impresión artística del púlsar PSR J0348+0432 y su compañera enana blanca. Crédito: ESO.

(02 Mayo, 2013. ESO/CA) Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto un exótico objeto doble formado por una pequeña, pero inusualmente pesada, estrella de neutrones orbitada por una estrella enana blanca que tarda dos horas y media en hacer una órbita completa. La estrella de neutrones es un púlsar que gira 25 veces por segundo sobre sí misma y emite ondas de radio que pueden ser captadas desde la Tierra por los radiotelescopios. Al margen del interés que esta pareja genera por sí misma, se trata además de un laboratorio único para poner a prueba la relatividad general de Einstein.

Imagen: Impresión artística del púlsar PSR J0348+0432 y su compañera enana blanca. Crédito: ESO.

Este pulsar se llama PSR J0348+0432 y se trata de los restos de una explosión de supernova. Es dos veces más pesada que el Sol, pero tiene solo 20 kilómetros de tamaño. La gravedad en su superficie es más de 300.000 millones de veces más fuerte que la de la Tierra y, en su centro, cada volumen equivalente a un cuadrado de azucar pesa más de mil millones de toneladas, más del doble de lo que pesa la suma de toda la población del mundo. Su compañera, la estrella enana blanca, no es menos extraña: son los brillantes restos de una estrella mucho más ligera que el pulsar y que ha perdido sus capas exteriores. Ambos son cadaveres estelares que dejaron de producir energía y se están enfriando lentamente.

“Estaba observando el sistema con el Very Large Telescope de ESO, buscando cambios en la luz emitida por la enana blanca causados por su movimiento alrededor del púlsar”, afirma John Antoniadis, un estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de  radioastronomía (MPIfR) en Bonn, y autor principal del artículo. “Un rápido análisis inmediato me hizo ver que el púlsar era muy pesado. Es el doble de la masa del Sol, lo que la convierte en la estrella de neutrones más masiva conocida hasta el momento y, al mismo tiempo, en un excelente laboratorio de física fundamental”.

La teoría de la relatividad general de Einstein [1], que explica la gravedad como una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo creada por la presencia de objetos muy masivos, ha superado todas las pruebas desde que fue publicada por primera vez hace casi cien años. Pero, según creen algunos científicos, no puede ser la explicación definitiva y en última instancia acabará siendo sustituida [2].

Los físicos han concebido otras teorías de la gravedad que hacen predicciones diferentes a las que plantea la relatividad general. Para algunas de estas alternativas, esas diferencias solo se mostrarían en campos gravitatorios extremadamente fuertes que no pueden encontrarse en el Sistema Solar. En términos de gravedad, PSR J0348+0432 es un objeto verdaderamente extremo, incluso comparado con los otros púlsares que han sido utilizados en pruebas de alta precisión de la relatividad general de Einstein [3]. En este tipo de campos gravitatorios tan fuertes, pequeños aumentos en la masa pueden desencadenar grandes cambios en el espacio-tiempo que rodea a estos objetos. Hasta ahora, los astrónomos no tenían ni idea de qué podría pasar en presencia de estrellas de neutrones tan masivas como PSR J0348+0432, por lo que se trata de una oportunidad única para llevar a cabo pruebas en campos inexplorados.

El equipo combinó observaciones de la estrella enana blanca llevadas a cabo con el Very Large Telescope con medidas muy precisas del púlsar obtenidas con radiotelescopios [4]. Una pareja tan cercana entre sí emite ondas gravitacionales y pierde energía. Esto hace que el periodo orbital cambie ligeramente y las predicciones de este cambio hechas por la relatividad general y otras teorías competidoras son diferentes.

“Nuestras observaciones en radio eran tan precisas que ya hemos podido medir un cambio en el periodo orbital de 8 millonésimas de segundo por año, exactamente lo que predice la teoría de Einstein”, afirma Paulo Freire, otro miembro del equipo.

Esto es solo el principio de un estudio detallado de estos objetos únicos y los astrónomos los utilizarán para poner a  prueba la teoría de la relatividad general en busca de una mayor precisión a medida que pase el tiempo.

Notas [1]Se usa el término “teoría” por tradición científica, pero no significa que la “relatividad general” no haya sido probada una y otra vez. Es en realidad un espectacular cuerpo de leyes de la física que explican y predicen muchos fenómenos observables, que de otro modo quedarían sin explicación.   [2] La relatividad general no es consistente con la otra gran teoría de la física del siglo veinte, la mecánica cuántica. También predice singularidades bajo ciertas circunstancias, en las que algunas cantidades tienen a infinito, como el centro de un agujero negro. [2] El primer púlsar binario, PSR B1913+16, fue descubierto por Joseph Hooton Taylor, Jr. y Russell Hulse, por lo que ganaron el Premio Nobel de Física de 1993. Midieron con precisión los cambios en las propiedades de este objeto tan destacado y demostraron que eran consistentes con las pérdidas de energía de radiación gravitatoria predichas por la relatividad general. [3] Este trabajo utiliza datos de los radiotelescopios Effelsberg, Arecibo y Green Bank, así como de los telescopios ópticos Very Large Telescope de ESO y William Herschel Telescope.

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