Hubble prueba que la relatividad general de Einstein es precisa en escalas galácticas.

La prueba más precisa de la relatividad general fuera de la Vía Láctea.
Una imagen de la galaxia cercana ESO 325-G004, creada con los datos recopilados por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA y el instrumento MUSE instalado en el Very Large Telescope de ESO. MUSE midió la velocidad de las estrellas en ESO 325-G004 para producir el mapa de dispersión de velocidad que está superpuesto en la parte superior de la imagen del Telescopio Espacial Hubble. El conocimiento de las velocidades de las estrellas permitió a los astrónomos calcular la masa de ESO 325-G004. El recuadro muestra el anillo de Einstein resultante de la distorsión de la luz de una fuente más distante por medio de la lente ESO 325-G004, que se vuelve visible después de restar la luz de la lente del primer plano. Crédito: ESO, ESA / Hubble, NASA.

Un equipo internacional de astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo del Sur, VLT de ESO, ha realizado la prueba más precisa de la relatividad general que existe fuera de nuestra Vía Láctea. La galaxia cercana ESO 325-G004 actúa como una fuerte lente gravitacional, distorsionando la luz de una galaxia distante detrás de ella para crear un anillo de Einstein alrededor de su centro. Al comparar la masa de ESO 325-G004 con la curvatura del espacio a su alrededor, los astrónomos encontraron que la gravedad en estas escalas de longitud astronómicas se comporta como lo predice la relatividad general. Esto descarta algunas teorías alternativas de la gravedad.

Utilizando el Telescopio Espacial Hubble NASA / ESA y el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral, un equipo dirigido por Thomas Collett (Universidad de Portsmouth, Reino Unido) pudo realizar la prueba más precisa de relatividad general fuera de la Vía Láctea hasta la fecha .

La teoría de la relatividad general predice que los objetos deforman el espaciotiempo, lo que hace que cualquier luz que pasa se desvíe y se produzca un fenómeno conocido como lente gravitacional. Este efecto solo se nota en objetos muy masivos. Se conocen unos pocos cientos de lentes gravitacionales fuertes, pero la mayoría están demasiado distantes para medir con precisión su masa. Sin embargo, la galaxia elíptica ESO 325-G004 se encuentra entre las lentes más cercanas a solo 450 millones de años luz de la Tierra.

Dos métodos para medir la masa de una galaxia. Esta infografía compara los
dos métodos utilizados para medir la masa de la galaxia ESO 325-G004. El primer
método usó el Very Large Telescope de ESO para medir las velocidades de las
estrellas en ESO 325-G004. El segundo método utilizó el Telescopio Espacial Hubble
de la NASA / ESA para observar un anillo de Einstein causado por la luz de una
galaxia de fondo que se dobla y distorsiona por ESO 325-G004. Al comparar estos
dos métodos de medición de la fuerza de la gravedad de ESO 325-G004, se determinó
que la teoría de la relatividad general de Einstein funciona en escalas extragalácticas,
algo que no se había probado previamente. Crédito: ESA / Hubble, ESO, NASA.


Usando el instrumento MUSE en el VLT, el equipo calculó la masa de ESO 325-G004 midiendo el movimiento de las estrellas dentro de él. Usando el Hubble, los científicos pudieron observar un anillo de Einstein que resulta de la luz de una galaxia distante que se distorsiona por el ESO 325-G004 intermedio. Estudiar el anillo permitió a los astrónomos medir cómo la gran masa de ESO 325-G004 distorsiona la luz y, por lo tanto, el espacio-tiempo.

Collett comenta: "Conocemos la masa de la galaxia en primer plano de MUSE y medimos la cantidad de lentes gravitacionales que vemos en el Hubble. Luego comparamos estas dos formas de medir la fuerza de la gravedad, y el resultado fue exactamente lo que predice la relatividad general, con una incertidumbre de solo el nueve por ciento. Esta es la prueba más precisa de relatividad general fuera de la Vía Láctea hasta la fecha. ¡Y esto usando solo una galaxia! "

La relatividad general ha sido probada con exquisita precisión en las escalas del Sistema Solar, y los movimientos de las estrellas alrededor del agujero negro en el centro de la Vía Láctea están bajo estudio detallado, pero anteriormente no había habido pruebas precisas en escalas astronómicas más grandes. Probar las propiedades de la gravedad de largo alcance es vital para validar nuestro modelo cosmológico actual.

Estos hallazgos pueden tener implicaciones importantes para los modelos de gravedad alternativa a la relatividad general. Estas teorías alternativas predicen que los efectos de la gravedad en la curvatura del espacio-tiempo son "dependientes de la escala". Esto significa que la gravedad debería comportarse de forma diferente a lo largo de las escalas astronómicas de longitud a partir de la forma en que se comporta en las escalas más pequeñas del Sistema Solar. Collett y su equipo encontraron que es poco probable que esto sea cierto a menos que estas diferencias solo ocurran en escalas de longitud mayores de 6000 años luz.

"El Universo es un lugar increíble para proporcionar lentes que podemos utilizar como nuestros laboratorios", agrega el miembro del equipo Bob Nichol (Universidad de Portsmouth). "Es tan satisfactorio utilizar los mejores telescopios del mundo para desafiar a Einstein, solo para descubrir qué tan correcto era".

Las lentes gravitacionales actúan como una lupa: diagrama.
Como funciona una lente gravitatoria.

Este diagrama muestra cómo el efecto de la lente gravitacional alrededor de una galaxia normal enfoca la luz proveniente de una fusión de galaxias formadora de estrellas muy distante para crear una visión distorsionada pero más brillante.

El telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA y muchos otros telescopios en el suelo y en el espacio han solicitado la ayuda de una lupa del tamaño de una galaxia para revelar detalles invisibles y obtener la mejor vista de una colisión que tuvo lugar entre dos galaxias cuando El universo tenía solo la mitad de su edad actual. La imagen que muestra estas observaciones combinadas se puede ver en el recuadro.

Estos nuevos estudios de la galaxia H-ATLAS J142935.3-002836 han demostrado que este objeto complejo y distante se parece sorprendentemente a la conocida colisión galáctica local, las Antenas Galaxias.

Crédito:
ESA / ESO / M. Kornmesser

Más información.
El Hubble ilumina un cúmulo de galaxias diversas.
Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA muestra
la variada colección de galaxias en el cúmulo Abell S0740 que se
encuentra a más de 450 millones de años luz en la dirección de la constelación
Centaurus. El gigante elíptico ESO 325-G004 se vislumbra grande en el centro
del grupo. Hubble resuelve miles de cúmulos de estrellas globulares que orbitan
alrededor de ESO 325-G004. Los cúmulos globulares son grupos compactos de
cientos de miles de estrellas que están gravitacionalmente unidas. A la distancia de
la galaxia, aparecen como puntitos de luz contenidos dentro del halo difuso.
Esta imagen fue creada combinando observaciones de la ciencia de Hubble tomadas
en enero de 2005 con observaciones del Hubble Heritage tomadas un año después
para formar un compuesto de 3 colores. Los filtros que aíslan la luz azul, roja e
infrarroja se usaron con la Cámara avanzada para encuestas a bordo del Hubble.
Crédito: NASA, ESA y The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

Esta investigación fue presentada en un documento titulado "Una prueba extragaláctica precisa de Relatividad General" por Collett et al., Para aparecer en la revista Science, enlace a la publicación.

El equipo internacional está compuesto por: Thomas E. Collett (Instituto de Cosmología y Gravitación, Universidad de Portsmouth, Reino Unido), Lindsay J. Oldham (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido, y Harvard College, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics , Estados Unidos), Russell Smith (Centro de Astronomía Extragaláctica, Universidad de Durham, Reino Unido), Matthew W. Auger (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido), Kyle B. Westfall (ICG, Portsmouth, Reino Unido y Universidad de California) , Santa Cruz, EE. UU.), David Bacon (ICG, Portsmouth, RU), Robert C. Nichol (ICG, Portsmouth, RU), Karen L. Masters (ICG, Portsmouth, RU), Kazuya Koyama (ICG, Portsmouth, Reino Unido) y Remco van den Bosch (Instituto Max Planck de Astronomía, Garching, Alemania).

Enlaces de interés:

Contactos.
Thomas Collett
Universidad de Portsmouth
Portsmouth, Reino Unido
Tel: +44 239 284 5146
Correo electrónico: thomas.collett@port.ac.uk

Bob Nichol
Universidad de Portsmouth
Portsmouth, Reino Unido
Tel: +44 239 284 3117
Correo electrónico: bob.nichol@port.ac.uk

Mathias Jäger
ESA / Hubble, oficial de información pública
Garching bei München, Alemania
Tel: +49 176 62397500
Correo electrónico: mjaeger@partner.eso.org