Dos púlsares encerrados en una órbita binaria cercana han validado una vez más las predicciones hechas por la teoría de la relatividad general de Einstein.
Durante 16 años, un equipo internacional de astrónomos ha observado el par de púlsar, llamado PSR J0737−3039A / B, y ha descubierto que los efectos relativistas se pueden medir en la sincronización de sus pulsos, tal como se predijo y se esperaba. Esta es la primera vez que se observan estos efectos.
“Estudiamos un sistema de estrellas compactas que es un laboratorio incomparable para probar las teorías de la gravedad en presencia de campos gravitacionales muy fuertes”, dice el astrónomo y astrofísico Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania, quien dirigió la investigación.
“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 detectores de ondas gravitacionales “.
Los púlsares son posiblemente las estrellas más útiles del cielo. Son un tipo de estrella de neutrones, lo que significa que son muy pequeñas y densas; hasta 20 kilómetros (12 millas) de ancho y hasta alrededor de 2,4 veces la masa del Sol.
Lo que los hace púlsares es el hecho de que, bueno, pulsan. Tienen haces de radiación en longitudes de onda de radio disparados desde sus polos, y están orientados de tal manera que estos rayos parpadean como un haz de faro cuando la estrella gira, a velocidades de hasta milisegundos.
Estos destellos tienen una sincronización increíblemente precisa, lo que significa que para nosotros, los púlsares son posiblemente las estrellas más útiles del Universo. Las variaciones en su sincronización se pueden utilizar para la navegación, para sondear el medio interestelar y para estudiar la gravedad.
PSR J0737−3039A / B, descubierto en 2003, ubicado a unos 2.400 años luz de distancia, y el único púlsar doble identificado hasta la fecha, presentó una nueva oportunidad de estudio: otra prueba de relatividad, en lo que los investigadores llamaron un “laboratorio inigualable”. para probar las teorías de la gravedad.
Los dos púlsares están muy juntos, completando una órbita cada 147 minutos. Uno gira bastante rápido a 44 veces por segundo. El otro es más joven y más lento, gira una vez cada 2,8 segundos. Pero debido a que estos objetos son tan densos, sus campos gravitacionales son muy fuertes, lo que significa que pueden afectar la sincronización y el ángulo de los pulsos de cada uno.
Utilizando siete potentes telescopios en todo el mundo, a lo largo de 16 años, esto es lo que buscaban los investigadores.
“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”, dice la astrofísica Ingrid Stairs de la Universidad de British Columbia en Canadá.
“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. realizado con una curvatura espaciotemporal tan alta “.
En total, los investigadores realizaron siete pruebas de relatividad general, incluida la forma en que cambia la orientación de la órbita del binario, conocida como precesión absidal, y la forma en que los púlsares arrastran el espacio-tiempo con ellos mientras giran, llamado arrastre de fotogramas o el efecto Lense-Thirring. Esto permitió un seguimiento preciso de la sincronización del púlsar.
“Además de las ondas gravitacionales y la propagación de la luz, nuestra precisión también nos permite medir el efecto de la” dilatación del tiempo “que hace que los relojes funcionen más lentamente en los campos gravitacionales”, explica el astrofísico Dick Manchester de CSIRO en Australia.
“Incluso necesitamos tomar la famosa ecuación de Einstein E = mc2 en cuenta 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, tres partes en mil billones de billones, de la masa del púlsar por segundo “.
Los resultados se unen a un creciente cuerpo de mediciones de alta precisión de efectos relativistas que, hasta ahora, están de acuerdo con las predicciones de Einstein. El espacio-tiempo alrededor del agujero negro supermasivo M87 *, la forma en que las estrellas orbitan el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea, la sincronización de los relojes atómicos, un sistema de estrellas triples y 14 años de observaciones de un púlsar tambaleante, todos son consistentes con la relatividad general.
En los próximos años, a medida que surjan telescopios más potentes, es probable que veamos pruebas de gravedad aún más precisas bajo la relatividad general, ya que los científicos continúan buscando agujeros.
“La relatividad general no es compatible con las otras fuerzas fundamentales, descritas por la mecánica cuántica. Por lo tanto, es importante seguir aplicando las pruebas más estrictas posibles sobre la relatividad general, para descubrir cómo y cuándo se derrumba la teoría”, explica el astrofísico Robert Ferdman. de la Universidad de East Anglia en el Reino Unido.
“Encontrar cualquier desviación de la relatividad general constituiría un descubrimiento importante que abriría una ventana a la nueva física más allá de nuestra comprensión teórica actual del Universo. Y puede ayudarnos a descubrir finalmente una teoría unificada de las fuerzas fundamentales de la naturaleza”.
La investigación ha sido publicada en Revisión física X.
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