La Teoría de la Relatividad General de Einstein supera su prueba más dura hasta el momento en un estudio de 16 años sobre un sistema púlsar único

Impresión artística de PSR J0737-3039 A/B. Crédito: Michael Kramer/MPIfR.

Desde que Albert Einstein propuso por primera vez su histórica teoría de la relatividad general en 1916, ha superado todas las pruebas que los científicos le han hecho, sin importar cuán rigurosas sean, y hubo numerosos intentos de encontrar agujeros en la teoría que postula que la gravedad es en realidad una distorsión de la tejido del espacio-tiempo causado por objetos masivos. Por ejemplo, la relatividad general ha descrito perfectamente las observaciones de estrellas que pasan cerca del agujero negro supermasivo en el centro galáctico de la Vía Láctea o la existencia de ondas gravitacionales, cuyo descubrimiento fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 2017.

Ahora, los científicos han anunciado que la relatividad general superó con gran éxito una de sus pruebas más duras hasta el momento, una ambiciosa observación de un sistema de doble púlsar realizada por siete radiotelescopios diferentes en todo el mundo durante 16 años. Según los investigadores dirigidos por Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania, los efectos observados coincidieron con la relatividad general con una precisión de al menos el 99,99 %.

Los púlsares son estrellas de neutrones altamente magnetizadas y de giro rápido que emiten destellos de radiación electromagnética fuera de los polos en direcciones opuestas. Estos objetos son extremadamente compactos, encajando una masa mayor que la del Sol en una esfera del tamaño de una gran ciudad. Aunque la luz emitida por estos objetos cósmicos es constante, los rayos de luz no están alineados con el eje de rotación de los púlsares, por lo que, desde la perspectiva de la Tierra, los púlsares parecen parpadear porque también giran muy rápido. A menudo se los compara con un faro, por esta razón.

Las estrellas de neutrones son laboratorios cósmicos ideales para probar la relatividad general debido a su enorme influencia gravitatoria. Solo los agujeros negros son más densos y, por lo tanto, más propensos a exhibir efectos extremos de la relatividad general, pero los púlsares son mucho más fáciles de observar gracias a sus luces parpadeantes y señales de radio.

Para su nuevo estudio, el equipo internacional de astrónomos apuntó a un par único de púlsares (el único sistema binario de púlsares conocido hasta ahora), conocido como PSR J0737-3039 A/B, ubicado a unos 24000 años luz de distancia en la constelación de Puppis. .

Uno de los dos púlsares gira 44 veces por segundo mientras que el otro es mucho más lento, completando una revolución alrededor de su propio eje cada 2,8 segundos. Cada uno de ellos es aproximadamente un 30% más masivo que el Sol, pero miden solo unos 24 km de diámetro. Juntos, completan una órbita alrededor de un centro de masa común en solo 147 minutos. Este es un sistema muy ocupado, que produce un tirón gravitatorio inusualmente alto y campos magnéticos intensos, el campo de pruebas definitivo para la teoría de la piedra angular de Einstein, lo que permite a los científicos llevar a cabo experimentos con una precisión 25 veces mejor que los sistemas de un solo púlsar y 1000 veces mejor que la que es posible actualmente usando detectores de ondas gravitacionales.

De 2003 a 2019, siete radiotelescopios vigilaron el sistema de doble púlsar, cubriendo las bandas más importantes del espectro de radio que van desde 334 MHz hasta 2520 Mhz.

El rápido movimiento orbital de las estrellas de neutrones en rotación permitió a los investigadores probar la Relatividad General en siete predictores diferentes, incluidas las ondas gravitacionales, la propagación de la luz (la gravedad retrasa y desvía la luz), la dilatación del tiempo, la equivalencia masa-energía (la famosa E=mc 2), y los efectos de la radiación electromagnética en el movimiento orbital de los púlsares. Los siete predictores se desarrollaron como se observó en el experimento cósmico.

Necesitábamos encontrar formas de probar la teoría de Einstein en una escala intermedia para ver si todavía es cierta. Afortunadamente, en 2003 se encontró el laboratorio cósmico correcto, conocido como púlsar doble, utilizando el telescopio Parkes. Nuestras observaciones del púlsar doble durante los últimos 16 años demostraron ser sorprendentemente consistentes con la teoría general de la relatividad de Einstein, dentro del 99,99 por ciento a sea ​​preciso, dijo el Dr. Dick Manchester, miembro de CSIRO.

No se ha vuelto a demostrar que Einstein estaba equivocado y eso en realidad puede ser un problema. La relatividad general no es compatible con otras fuerzas fundamentales descritas por la mecánica cuántica. Los físicos creen que la relatividad general debe colapsar en algún momento para dar cuenta de estas discrepancias. Encontrar una desviación de la relatividad general abriría la puerta a una nueva física que eventualmente podría unificar todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza bajo una sola teoría.

"Regresaremos en el futuro usando nuevos radiotelescopios y nuevos análisis de datos con la esperanza de detectar una debilidad en la relatividad general que nos lleve a una teoría gravitacional aún mejor", dijo Adam Deller, profesor asociado de la Universidad de Swinburne y el Centro de Excelencia ARC para Gravitacional. Olas (OzGrav).

Los hallazgos aparecieron en la revista Physical Review X.

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