Einstein vuelve a tener razón, el Principio de Equivalencia Fuerte.

Incluso las estrellas de neutrones enormemente densas caen como una pluma.
Impresión del artista del sistema de triple estrella PSR J0337 + 1715, que se encuentra a unos 4.200 años luz de la Tierra. Este sistema proporciona un laboratorio natural para probar teorías fundamentales de la gravedad. Crédito: NRAO / AUI / NSF; S. Dagnello.

• Publicado el 4 de julio del 2.018, enlace publicación.

Aprovechando la exquisita sensibilidad del Telescopio Green Bank de la National Science Foundation (GBT), los astrónomos han otorgado a una de las predicciones de Einstein sobre la gravedad su prueba más rigurosa. Al rastrear con precisión los meandros de tres estrellas en un solo sistema, dos estrellas enanas blancas y una ultradensa estrella de neutrones. Los investigadores determinaron que incluso las estrellas de neutrones fenomenalmente compactas "caen" de la misma manera que sus contrapartes menos densas, un aspecto de la naturaleza llamado "Principio de Equivalencia Fuerte".

La comprensión de Einstein de la gravedad, como se describe en su teoría general de la relatividad, predice que todos los objetos caen a la misma velocidad, independientemente de su masa o composición. Esta teoría ha pasado una prueba tras otra aquí en la Tierra, pero ¿sigue siendo válida para algunos de los objetos más grandes y densos en el universo conocido, un aspecto de la naturaleza conocido como el Principio de Equivalencia Fuerte? Un equipo internacional de astrónomos ha dado a esta persistente pregunta su prueba más rigurosa de la historia. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature, muestran que las ideas de Einstein sobre la gravedad todavía tienen influencia, incluso en uno de los escenarios más extremos que el Universo puede ofrecer.

Quítele todo el aire, y un martillo y una pluma caerán al mismo ritmo, un concepto explorado por Galileo a fines del siglo XVI y famoso en la Luna por el astronauta del Apolo 15 David Scott.

A pesar de ser un cimiento de la física newtoniana, la teoría de la gravedad de Einstein tuvo que expresar cómo y por qué esto es así. Hasta la fecha, las ecuaciones de Einstein han superado todas las pruebas, desde cuidadosos estudios de laboratorio hasta observaciones de planetas en nuestro sistema solar. Pero las alternativas a la teoría de la relatividad general de Einstein predicen que los objetos compactos con una gravedad extremadamente fuerte, como las estrellas de neutrones, caen un poco diferente que los objetos de menor masa. Esa diferencia, predicen estas teorías alternativas, se debería a la llamada energía de enlace gravitacional de un objeto compacto: la energía gravitatoria que la mantiene unida.

El Telescopio Green Bank (GBT).


En 2011, el Telescopio Green Bank (GBT) de la National Science Foundation (NSF) descubrió un laboratorio natural para probar esta teoría en condiciones extremas: un sistema triple estrella llamado PSR J0337 + 1715, ubicado a unos 4.200 años luz de la Tierra. Este sistema contiene una estrella de neutrones en una órbita de 1,6 días con una estrella enana blanca, y el par en una órbita de 327 días con otra enana blanca más lejana.

"Este es un sistema estelar único", dijo Ryan Lynch del Green Bank Observatory en West Virginia, y coautor del artículo. "No sabemos de otros similares. Eso lo convierte en un laboratorio único en su clase para poner a prueba las teorías de Einstein ".

Desde su descubrimiento, el sistema triple ha sido observado regularmente por el GBT, el Telescopio de Radio Westerbork Synthesis en los Países Bajos y el Observatorio NSF de Arecibo en Puerto Rico. El GBT ha pasado más de 400 horas observando este sistema, tomando datos y calculando cómo se mueve cada objeto en relación con el otro.

¿Cómo pudieron estos telescopios estudiar este sistema? Esta estrella de neutrones en particular es en realidad un púlsar. Muchos púlsares giran con una consistencia que compite con algunos de los relojes atómicos más precisos de la Tierra. "Como uno de los radiotelescopios más sensibles del mundo, el GBT está preparado para recoger estos leves pulsos de ondas de radio para estudiar la física extrema", dijo Lynch. La estrella de neutrones en este sistema pulsa (rota) 366 veces por segundo.

"Podemos dar cuenta de cada pulso de la estrella de neutrones desde que comenzamos nuestras observaciones", dijo Anne Archibald de la Universidad de Amsterdam y el Instituto Holandés de Radio Astronomía y principal autor del artículo. "Podemos decir su ubicación dentro de unos pocos cientos de metros. Esa es una pista realmente precisa de dónde ha estado la estrella de neutrones y hacia dónde va ".

Albert Einstein.
Si las alternativas a la imagen de gravedad de Einstein fueran correctas, entonces la estrella de neutrones y la enana blanca interna caerían cada una de forma diferente hacia la enana blanca externa. "La enana blanca interna no es tan masiva o compacta como la estrella de neutrones, y por lo tanto tiene menos energía de enlace gravitacional", dijo Scott Ransom, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia, y coautor del artículo.

A través de meticulosas observaciones y cuidadosos cálculos, el equipo pudo probar la gravedad del sistema utilizando solo los pulsos de la estrella de neutrones. Descubrieron que cualquier diferencia de aceleración entre la estrella de neutrones y la enana blanca interna es demasiado pequeña para detectarla.

"Si hay una diferencia, no es más que tres partes en un millón", dijo la coautora Nina Gusinskaia de la Universidad de Amsterdam. Esto impone severas restricciones a cualquier teoría alternativa a la relatividad general.

Este resultado es diez veces más preciso que la mejor prueba anterior de gravedad, lo que hace que la evidencia del Principio de Equivalencia Fuerte de Einstein sea mucho más sólida. "Siempre estamos buscando mejores medidas en nuevos lugares, por lo que nuestra búsqueda de nuevas fronteras en nuestro Universo continuará", concluyó Ransom.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.

El Green Bank Observatory es una instalación de la National Science Foundation operada bajo un acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.

Referencia: "Universalidad de la caída libre del movimiento orbital de un púlsar en un sistema estelar triple", A. Archibald, et al., Nature, julio. 2018, enlace publicación revista Nature.

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