Se confirma el Arrastre de Fotogramas Relativistas en un sistema binario


Un equipo internacional de astrónomos ha encontrado nuevas y emocionantes evidencias de la Precesión Lense-Thirring, un efecto de arrastre de fotogramas relativista, después de rastrear durante casi dos décadas a PSR J1141-6545, un púlsar binario que consiste en una estrella de neutrones y una enana blanca en una órbita excéntrica que exhibe una amplia gama de fenómenos relativistas.

En la relatividad general, la Precesión Lense-Thirring o el efecto Lense-Thirring (llamado así por la combinación de los nombres de Josef Lense y Hans Thirring) es una corrección relativista a la precesión de un giroscopio cerca de una gran masa giratoria como la Tierra. Es un efecto gravitomagnético de arrastre de fotogramas. Es una predicción de la relatividad general que consiste en precesiones seculares de la longitud del Nodo de la órbita y el Argumento del periastro de una partícula que orbita libremente una masa giratoria central dotada de Momento angular S.

La diferencia entre la Efecto De Sitter y la Precesión Lense-Thirring es que el Efecto De Sitter se debe simplemente a la presencia de una masa central, mientras que la Precesión Lense-Thirring se debe a la rotación de la masa central. La precesión total se calcula combinando el Efecto De Sitter con la Precesión Lense-Thirring.

Cuando un objeto masivo gira, la relatividad general predice que arrastra el espacio-tiempo circundante, un fenómeno conocido como arrastre de fotogramas.

Este fenómeno provoca la Precesión del movimiento orbital de los objetos unidos gravitacionalmente.

Si bien los experimentos satelitales han detectado el arrastre de fotogramas en el campo gravitacional de la Tierra en rotación, su efecto es tremendamente pequeño y difícil de medir.

Los objetos más masivos, como las enanas blancas o las estrellas de neutrones, brindan una mejor oportunidad para observar este fenómeno bajo campos gravitacionales mucho más intensos.

"Una de las primeras confirmaciones del arrastre de fotogramas utilizó cuatro giroscopios en un satélite en órbita alrededor de la Tierra, pero en este sistema los efectos son 100 millones de veces más fuertes", dijo el Dr. Norbert Wex, investigador del Instituto Max Planck de Radioastronomía.

El estudio
El Dr. Wex, el Dr. Vivek Venkatraman Krishnan, también del Instituto Max Planck de Radioastronomía, y sus colegas utilizaron el radiotelescopio Parkes de 64 m de CSIRO para observar al sistema PSR J1141-6545, un joven púlsar en una órbita binaria con una enana blanca.

Los científicos midieron los tiempos de llegada de los pulsos dentro de los 100 microsegundos, durante un período de casi veinte años, lo que les permitió identificar una deriva a largo plazo en los parámetros orbitales.

Después de eliminar otras posibles causas de esta deriva, concluyeron que es el resultado de la Precesión Lense-Thirring debido a la rápida rotación de la enana blanca.

Los hallazgos confirman las predicciones de la relatividad general y permitieron al equipo limitar la velocidad de rotación de la enana blanca.

"Al principio, la pareja estelar parecía exhibir muchos de los efectos clásicos que la teoría de Einstein predijo. Entonces notamos un cambio gradual en la orientación del plano de la órbita", dijo el Dr. Krishnan.

"Postulamos que esto podría ser, al menos en parte, debido al llamado arrastre de fotogramas al que está sujeta toda la materia en presencia de un cuerpo giratorio como lo predijeron los matemáticos austríacos Lense y Thirring en 1918", dijo el Dr. Paulo Freire, también del Instituto Max Planck de Radioastronomía.

"En una pareja estelar, la primera estrella en colapsar a menudo gira rápidamente debido a la posterior transferencia de masa de su compañera. En este sistema, toda la órbita está siendo arrastrada por el giro de la enana blanca, que está desalineada con la órbita", dijo el profesor Thomas Tauris de la Universidad de Aarhus.

"Los púlsares son súper relojes en el espacio. Los súper relojes en campos gravitacionales fuertes son los laboratorios de ensueño de Einstein", dijo el Dr. Evan Keane, de la Organización SKA.

"Hemos estado estudiando uno de los objetos más inusuales en este sistema estelar binario. Al tratar los pulsos periódicos de luz del púlsar como los tics de un reloj, podemos ver y desenredar muchos efectos gravitacionales a medida que cambian la configuración orbital y el tiempo de llegada de los pulsos de reloj".

"En este caso, hemos visto la Precesión Lens-Thirring, una predicción de la relatividad general, por primera vez en cualquier sistema estelar".

"Después de descartar una serie de posibles errores experimentales, comenzamos a sospechar que la interacción entre la enana blanca y la estrella de neutrones no era tan simple como se suponía hasta ahora", dijo el Dr. Willem van Straten, de la Universidad Tecnológica de Auckland.

Crédito de la imagen: Mark Myers, OzGrav ARC Centre of Excellence.

Referencia del documento científico:
V. Venkatraman Krishnan et al. Arrastre de fotogramas Lense-Thirring inducido por una enana blanca de rotación rápida en un sistema de púlsar binario. Science, 31 de enero de 2020: Vol. 367, número 6477, pp. 577-580; doi: 10.1126 / science.aax7007

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