Estas estrellas ponen a prueba la teoría de la relatividad general de Einstein

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Estrella púlsar localizada en el centro de la Nebulosa del Cangrejo. Imagen obtenida combinando imágenes del telescopio espacial Hubble (rojo), e imágenes en rayos X obtenidas por el Telescopio Chandra (azul) | Credit NASA/ESA/JPL
Estrella púlsar localizada en el centro de la Nebulosa del Cangrejo. Imagen obtenida combinando imágenes del telescopio espacial Hubble (rojo), e imágenes en rayos X obtenidas por el Telescopio Chandra (azul) | Credit NASA/ESA/JPL

En 1905, mientras trabajaba en una oficina de patentes en Berna, un joven doctorado casi desconocido en los círculos académicos, se disponía a publicar una serie de artículos científicos que cambiarían de arriba abajo la Física moderna. Se llamaba Albert Einstein y los estudios que publicó en 1905 sobre el movimiento browniano, el efecto fotoeléctrico (por el que recibiría el Premio Nobel) o la teoría de la relatividad especial terminarían componiendo gran parte del año milagroso de la Física. Una década más tarde, en 1915, y ya convertido en un genio viviente, Einstein daría un nuevo paso en su revolución presentando la Teoría de la relatividad general con la que completaba las leyes clásicas de Newton reformulando el concepto de gravedad tal y como hoy lo conocemos.

Ha pasado algo más de un siglo y los científicos siguen desafiando la relatividad en busca del más pequeño error. Utilizando eclipses, relojes, estrellas masivas… cada cierto tiempo aparece un estudio o una noticia con investigadores comprobando, una y otra vez, las teorías de Einstein mediante los más variados métodos. ¿Por qué este constante interés de los científicos en poner a prueba las teorías de Einstein?

El mayor problema sin resolver de la Física actual es su falta de unificación. Contamos con dos campos bien definidos que, por separado funcionan perfectamente pero que no hemos sabido complementar. La relatividad de Einstein que rige la gravedad no es compatible con otras leyes de la Mecánica Cuántica, y por ello los astrofísicos siguen presionando y realizando estudios para encontrar cualquier hueco.

“La Teoría de la relatividad general formulada por Einstein ha resultado ser muy exitosa durante todos estos años, pero sin duda no es la última palabra en el campo gravitacional”, explica el físico Robert Ferdman en la web de la Universidad de East Anglia. “Es importante continuar probando la relatividad general, con los test más rigurosos y precisos posibles, para descubrir alguna falla. Encontrar cualquier desviación de la relatividad general representaría un descubrimiento tan importante que abriría la puerta hacia la nueva física más allá de nuestra comprensión teórica actual del Universo”.

Un sistema doble de estrellas púlsar muy masivas son el laboratorio perfecto para probar diferentes aspectos de la teoría de la relatividad general de Einstein
Un sistema doble de estrellas púlsar muy masivas son el laboratorio perfecto para probar diferentes aspectos de la teoría de la relatividad general de Einstein | Kramer, M., et al.

Precisamente, esta semana se ha publicado uno de los más estrictos estudios para comprobar la relatividad y los resultados nos vuelven a mostrar a un Einstein victorioso. Un equipo internacional de astrofísicos ha utilizado hasta siete radiotelescopios sensibles, repartidos por todo el mundo (Australia, EE. UU., Francia, Alemania, los Países Bajos y el Reino Unido) para observar y estudiar durante años un sistema doble de púlsar.

Un púlsar es una estrella muy compacta y altamente magnetizada por lo que gira a gran velocidad sobre sí misma emitiendo radiación electromagnética fuera de sus polos. Por supuesto, los púlsares aún no se habían descubierto en la época de Einstein y son estrellas tan masivas y extremas que representan un laboratorio ideal para desafiar sus ideas sobre la gravedad.

En este caso los investigadores analizaron algo aún más insólito: un sistema de dos púlsares que orbitan entre sí en periodos de solo 147 minutos, con velocidades de aproximadamente un millón de kilómetros por hora. El mayor de ellos apenas mide unos 30 kilómetros de diámetro pero su masa supera a la de nuestro Sol y gira a una velocidad asombrosa, unas 44 veces por segundo. El púlsar compañero es más pequeño, más joven y tiene un periodo de rotación de 2,8 segundos.

“Pudimos probar una de las piedras angulares 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 1000 veces mejor de lo que es posible actualmente con detectores de ondas gravitacionales ", explica Benjamin Stappers, autor principal del estudio y profesor de Física en la Universidad de Manchester.

Además de las ondas gravitacionales y la propagación de la luz, la precisión obtenida en este trabajo también ha permitido medir el efecto de la “dilatación del tiempo que hace que los relojes funcionen más lentamente en los campos gravitacionales” y una vez más, Einstein vuelve a salir indemne. “Hemos alcanzado un nivel de precisión sin precedentes. Los experimentos futuros con telescopios aún más grandes pueden ir más allá y lo harán”, afirma Stappers. “Nuestro estudio muestra la manera en la que deben realizarse los futuros experimentos y qué efectos sutiles deben tenerse en cuenta. De esta manera, quizá, algún día encontremos una desviación de la relatividad general”.

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Referencias científicas y más información:

Kramer, M., et al. «Strong-Field Gravity Tests with the Double Pulsar». Physical Review X, vol. 11, diciembre de 2021, DOI:10.1103/PhysRevX.11.041050.

Universidad de East Anglia “Challenging Einstein’s greatest theory with extreme stars

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