Han pasado más de 100 años desde que Einstein formuló su teoría general de la relatividad (GR), una teoría geométrica de la gravedad que revolucionó nuestra comprensión del universo.Pero los astrónomos todavía se prueban rigurosamente para encontrar desviaciones de estas teorías establecidas.La razón es simple. Todos los signos de la física más allá de GR abrirán nuevas ventanas al universo y ayudarán a resolver los misterios más profundos del universo.
lo máspruebas rigurosasRecientemente fue realizado por un equipo de astronomía internacional dirigido por Michael Kramer.Instituto Max Planck de Radioastronomía(MPIfR) tiene su sede en Bonn, Alemania.Kramer y sus colegas utilizaron siete radiotelescopios en todo el mundo para observar un par de púlsares únicos durante 16 años.En el camino, por primera vez, ¡observaron el efecto predicho por GR con al menos un 99,99 % de precisión!
Además de los investigadores de MPIfR, Kramer y sus colegasCentro Jodrel Bank de Astrofísica(Reino Unido),Centro de excelencia ARC para el descubrimiento de ondas gravitacionales(Australia),Instituto de Física Teórica Ambiental(Canadá),Observatorio de París(Francia),Observatorio Astronómico de Cagliari(Italia),Radio Observatorio de Sudáfrica(Sarao),Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos(ASTRON), yMirador de Arecibo.
Los “radio púlsares” son una clase especial de estrellas de neutrones altamente magnetizadas que giran rápidamente.Este objeto ultradenso emite un poderoso haz de ondas de radio desde sus polos (cuando se combina con una rotación rápida), creando un efecto intermitente similar a un faro.Los astrónomos se sienten atraídos por los púlsares porque brindan una gran cantidad de información sobre objetos microscópicos, campos magnéticos, el medio interestelar (ISM), la física planetaria e incluso la física que rige la cosmología.
Además, debido a la extrema gravedad involucrada, los astrónomosMecánica newtoniana modificada(MOND) en las condiciones más extremas imaginables.Para el estudio, Kramer y su equipo investigaron PSR J0737-3039 A/B, un sistema de “doble púlsar” ubicado a 2400 años luz de la Tierra.cachorro constelación.
Este sistema es el único binario de púlsar de radio jamás observado y fue descubierto por miembros del equipo de investigación en 2003.Los dos púlsares que componen este sistema orbitan entre sí en una rápida rotación de 44 veces por segundo (A) y una vez cada 2,8 segundos (B), con un período de tan solo 147 minutos.Son aproximadamente un 30% más masivos que el Sol, pero solo tienen unos 24 kilómetros (15 millas) de diámetro.Esto da como resultado una gravedad extrema y fuertes campos magnéticos.
Además de estas propiedades, el período orbital rápido del sistema lo convierte en un laboratorio casi perfecto para probar la teoría de la gravedad.Como dijo recientemente el profesor Kramer en MPIfR,presione soltar:
“Estudiamos el sistema estelar denso, un laboratorio inigualable para probar la teoría de la gravedad en presencia de un campo gravitatorio muy fuerte.Estábamos encantados de poder probar la piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por las ondas gravitacionales, con 25 veces más precisión que el púlsar de Hulls Taylor, ganador del Premio Nobel, y 1000 veces mejor que la disponible actualmente. Detector de ondas.
Se utilizaron siete radiotelescopios en la campaña de observación de 16 años.radiotelescopio de parques(Australia),Telescopio Greenbank(Estados Unidos de América),radiotelescopio nansai(Francia),telescopio effelsberg 100m(Alemania),Radiotelescopio Lovell(Reino Unido),Telescopio de radio sintético Westerbork(Países Bajos) ymatriz de línea de base muy larga(A nosotros).
El observatorio cubrió diferentes partes del espectro de radio en los rangos 1300 – 1700 MHz, 1484 MHz y 2520 MHz a 334 MHz y 700 MHz.Al hacerlo, pudieron ver cómo los fotones que emanaban de este púlsar binario se veían afectados por la fuerte fuerza gravitacional.Coautora del estudio Profesora Ingrid Stairs, Universidad de Columbia Británica (UBC), Vancouverexplicación:
“Seguimos la propagación de los fotones de radio emitidos por un púlsar, un faro cósmico y el movimiento en el fuerte campo gravitacional de un púlsar compañero.Vemos por primera vez que la luz no solo se retrasa debido a la fuerte curvatura del espacio-tiempo alrededor de su compañero, sino que también se desvía en un ángulo tan pequeño como 0,04 grados que podemos detectar.Tales experimentos nunca se han realizado en una curvatura espaciotemporal tan alta”.
Como coautor, el profesor Dick Manchester de Australia,Instituto de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth(CSIRO) agrega que el rápido movimiento orbital de un objeto denso como este nos permite probar siete predicciones diferentes de GR.Estos incluyen ondas gravitacionales, propagación de la luz (“retraso de Shapiro y curvatura de la luz), dilatación del tiempo y equivalencia masa-energía (E=mc).2), y el efecto de la radiación electromagnética en el movimiento orbital del púlsar.
“¡Esta radiación es equivalente a 8 millones de toneladas de pérdida de masa por segundo!”esedicho.”Parece mucho, pero es solo una pequeña fracción de trescientas mil millonésimas (!) De la masa de un púlsar por segundo”.Los investigadores también realizaron mediciones muy precisas del cambio orbital del púlsar, un efecto relativista observado por primera vez en la órbita de Mercurio, uno de los misterios que la teoría GR de Einstein ayudó a resolver.
Solo aquí que el efecto fue 140,000 veces más fuerte, el equipo se dio cuenta de que también tenían que considerar el efecto de la rotación del púlsar en el espacio-tiempo circundante (también conocido como).Efecto Lense-Thirring o “drag frame”.Otro autor principal del estudio, el Dr. Norbert Wex de MPIfR, dijo que este es otro gran avance.
“En nuestros experimentos, eso significa que tenemos que considerar la estructura interna de un púlsar como una estrella de neutrones.Por lo tanto, nuestras mediciones permiten por primera vez el uso de un seguimiento preciso de la rotación de estrellas de neutrones, una técnica que llamamos sincronización de púlsares para proporcionar restricciones en la expansión de las estrellas de neutrones”.
Otra valiosa información obtenida de este experimento fue cómo el equipo combinó técnicas de observación complementarias para obtener mediciones de distancia de alta precisión.Estudios similares a menudo se han visto obstaculizados por estimaciones de distancia limitadas erróneamente en el pasado.Combinando técnicas de sincronización de púlsares con mediciones interferométricas cuidadosas (y los efectos de ISM), el equipo logró resultados de alta resolución de 2400 años luz con un margen de error del 8%.
Al final, los resultados del equipo no solo fueron consistentes con el GR, sino que también mostraron efectos que no se podían estudiar antes.Paulo Freire, otro coautor del estudio (también en MPIfR),expresión:
“Nuestros resultados se complementan bien con otros estudios experimentales que prueban la gravedad en diferentes condiciones o ven diferentes efectos, como los detectores de ondas gravitacionales o los telescopios Event Horizon.También complementan otros experimentos de púlsares, como los experimentos de sincronización con púlsares en el sistema triple estelar, que proporcionaron una prueba independiente (y superior) para la universalidad de la caída libre”.
“Hemos alcanzado un nivel de precisión sin precedentes”, dijo el profesor Kramer.conclusión.“Los experimentos futuros con telescopios más grandes pueden ir mucho más allá.Nuestra investigación ha demostrado cómo se deben realizar tales experimentos y qué efectos sutiles se deben tener en cuenta ahora.Y tal vez algún día encuentres una desviación de la teoría general de la relatividad”.
Recientemente se publicó un artículo que describe su trabajo en el Journal of Physical Review X (“Pruebas de gravedad de campo fuerte con un doble púlsar.”)
Otras lecturas:MPIFR,Examen físico X