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Científicos prueban la teoría de la gravedad de Einstein en un sistema estelar triple


Un equipo internacional de científicos acaba de someter al frío ojo de la metodología científica la teoría de la gravedad de Einstein. El estudio demostró que la teoría de la gravedad prevalece, incluso en un sistema estelar triple. Su trabajo fue publicado en la revista Nature.

La teoría de la gravedad de Einstein afirma que todos los objetos caen de la misma manera, a pesar de su masa o composición, como una bala de cañón y una manzana que caen de la Torre de Pisa y golpean el suelo al mismo tiempo.

Hasta la fecha, las ecuaciones de Einstein han pasado todas las pruebas, desde cuidadosos estudios de laboratorio hasta observaciones de planetas en nuestro Sistema Solar.

Pero las alternativas a su teoría predicen que los objetos compactos con una gravedad extremadamente fuerte, como las estrellas de neutrones, caen en el vacío un poco diferente a los objetos de menor masa. Esa diferencia se debería a la energía de enlace gravitacional de un objeto compacto: la energía gravitacional que la mantiene unida.

En 2011, los astrónomos descubrieron un "laboratorio natural" para probar la teoría de Einstein en condiciones extremas: PSR J0337 + 1715, un sistema jerárquico de tres estrellas compuesto por un sistema binario; un púlsar de radio de milisegundos y una enana blanca en una órbita de 1,6 días, se encuentran en una órbita de 327 días con otra enana blanca.

"PSR J0337 + 1715 es un sistema estelar único. No sabemos de otros como este. Eso lo convierte en un laboratorio único para poner a prueba las teorías de Einstein", dijo un miembro del equipo, el Dr. Ryan Lynch, astrónomo del Observatorio Green Bank en Virginia Occidental.

Las enanas blancas son estrellas muy densas; mientras que su tamaño es comparable a la Tierra, su masa es similar a la de nuestro Sol.

Las estrellas de neutrones son aún más pequeñas y más densas que las enanas blancas. Están hechas de núcleos de estrellas colapsadas que han sufrido explosiones de supernovas y son las estrellas más densas del Universo.

Muchas estrellas de neutrones giratorias son púlsares, funcionan de manera similar a la mecánica de un faro, envían señales electromagnéticas a través del espacio que pueden ser capturadas por radiotelescopios en la Tierra.

"Podemos dar cuenta de cada pulso de la estrella de neutrones en PSR J0337 + 1715 desde que empezamos nuestras observaciones", dijo la líder del equipo, la Dra. Anne Archibald, de la Universidad de Amsterdam y del Instituto Holandés de Radioastronomía.

"Sabemos su ubicación dentro de unos pocos cientos de metros. Esa es una pista realmente precisa, que nos dice dónde ha estado la estrella de neutrones y hacia dónde va".

Si las alternativas a la imagen de la gravedad de Einstein fueran correctas, entonces la estrella de neutrones y la enana blanca interna en PSR J0337 + 1715 caerían cada una de manera 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 un miembro del equipo, el Dr. Scott Ransom, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía.

Mediante cuidadosas observaciones y cálculos, los investigadores pudieron 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 ser detectada.

"Si hay una diferencia, no es más que tres partes en un millón", dijo la doctora Nina Gusinskaia, miembro del equipo, de la Universidad de Ámsterdam.

"Ahora, cualquier persona con una teoría alternativa a la gravedad tiene un rango aún más estrecho de posibilidades en el que su teoría tiene que encajar, para que coincida con lo que hemos visto".

"Cada vez que hemos probado la teoría de la relatividad de Einstein, los resultados han sido consistentes hasta ahora", dijo la miembro del equipo, la profesora Ingrid Stairs, de la Universidad de Columbia Británica.

"Pero seguimos buscando desviaciones de la relatividad, porque eso podría ayudarnos a entender cómo describir la gravedad y la mecánica cuántica con el mismo lenguaje matemático".

El resultado del equipo es 10 veces más preciso que la mejor prueba anterior de la gravedad, lo que hace que la evidencia empírica del Principio de Equivalencia Fuerte de Einstein sea mucho más fuerte.

"Siempre estamos buscando mejores medidas en nuevos lugares, por lo que nuestra búsqueda de nuevas fronteras en nuestro Universo continuará", concluyen diciendo los científicos.

Referencia del documento científico:
Anne M. Archibald. Universalidad de la caída libre del movimiento orbital de un púlsar en un sistema triple estelar. Nature volumen 559, páginas 73–76 (2018); doi: 10.1038 / s41586-018-0265-1

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