Einstein tenía razón (de nuevo): una pluma cae a la misma velocidad que un agujero negro en el Universo
Cuentan que durante su etapa como profesor de matemáticas en la Universidad de Pisa, Galileo Galilei dejó caer dos esferas de diferente peso y tamaño desde lo alto de la torre inclinada para demostrar que el tiempo de su caída es independiente de la masa.
Ilustración del sistema estelar triple. NRAO / AUI / NSF
Todos los cuerpos en un mismo campo gravitacional caen con la misma aceleración. Esta idea, conocida como principio de equivalencia, se ha convertido en una de las claves de nuestra comprensión de la física gravitacional y fue el principio fundador de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein.
Pero Einstein afirmaba, además, que el mismo principio es aplicable a cuerpos que tienen su propio campo gravitatorio, como ocurre con las estrellas de neutrones o con los agujeros negros; un concepto que los expertos llaman equivalencia fuerte. El problema es que este principio de equivalencia fuerte es mucho más difícil de demostrar y hasta ahora ningún experimento lo había podido verificar a gran escala. Sin embargo un equipo de astrofísicos ha logrado a poner a prueba esta hipótesis observando los movimientos de un sistema estelar triple en el que dos enanas blancas se desplazan junto a una estrella de neutrones. Sus resultados se publican este miércoles en el último número de la revista Nature y hacen buenas, una vez más, las hipótesis del genial científico alemán.
“En un régimen de campo gravitatorio débil, tenemos por ejemplo la Tierra y la Luna moviéndose en torno al Sol y podemos medir su órbita exactamente” explica Anne Archibald, investigadora del Instituto Neerlandés de Radioastronomía y autora principal artículo, “pero la Tierra no tiene mucha gravedad así que cualquier efecto de equivalencia fuerte sería extremadamente sutil”. La gravedad extra que necesitan los científicos para verificar este principio está presente sólo en objetos muy compactos, como estrellas de neutrones y agujeros negros y es tan potente que hace que la luz se curve a su alrededor, en lo que se conoce comolente gravitacional. Y los investigadores han dado con lo que buscaban a 4.200 años luz de tierra, en un sistema estelar binario de la constelación Tauro.
Un escenario perfecto
Allí se encuentra una estrella de neutrones con una masa 1.5 veces mayor que la del Sol, pero con una superficie menor que la ciudad de Madrid. Junto a ella, la segunda estrella del sistema tiene sólo un quinto de la masa del Sol y realiza una órbita completa a su alrededor cada día y medio. Los dos cuerpos estelares del sistema se encuentran, a su vez, dentro del campo gravitatorio de una tercera estrella algo más distante.
La estrella de neutrones superdensa y la enana blanca que la acompañan presentan los elementos de estudio perfectos porque, además, proporcionan un mecanismo de medición preciso: la más grande gira sobre sí misma a 366 revoluciones por segundo y emite una radiación de microondas, perceptible desde la Tierra, a intervalos regulares. Los astrónomos llaman a estas estrellas púlsares, y los destellos -o pulsaciones- que emite se pueden utilizar para rastrear su movimiento. “En este sistema tenemos un púlsar con una gravedad extremadamente fuerte y tenemos a la enana blanca externa tirando de él y de su compañera; dándoles unas buenas aceleraciones que podemos comparar” afirma Archibald. Esta combinación de gravedad y aceleración es lo que hace que el sistema sea tan útil para el experimento.
Las teorías alternativas pierden fuerza
De esta forma los científicos han podido realizar 1.200 mediciones a lo largo de 6 años utilizando tres telescopios: Arecibo en Puerto Rico, Green Bank en Estados Unidos y Weterbork en los Países Bajos. Los datos revelan que la diferencia en las aceleraciones de ambos astros es casi imperceptible -2,6 millonésimas-, un resultado que apoya el enunciado de la relatividad general y que lleva su confirmación a una escala nunca antes vista.
En las teorías alternativas de la gravedad, incluyendo a ciertas variantes de la teoría de cuerdas, la curvatura espacio-temporal asociada a la estrella de neutrones haría que ésta se moviera de manera diferente a la enana interna, distorsionando la órbita interna. “Aunque el resto de teorías no quedan completamente anuladas, sus esperanzas de validez se han hecho mucho más tenues, escribe el físico de la Universidad de Florida Clifford M. Will en un artículo relacionado. “Casi todas las teorías alternativas predicen que el púlsar debería desplazarse de forma diferente que la enana blanca”, señala Archibald. “Exactamente cuánto depende de la teoría, pero cualquiera que prediga una diferencia mayor que unas pocas partes en un millón tiene un problema: hemos medido su trayectoria y no hemos hallado ninguna diferencia”, sentencia.
