El estudio, durante 16 años, del único sistema doble de púlsar conocido ha permitido obtener datos hasta 25 veces más precisos. La relatividad general es válida al 99,99%
Durante más de 16 años, un equipo internacional de astrónomos y físicos ha utilizado telescopios de todo el mundo para observar una pareja de púlsares, la única descubierta hasta ahora. Los datos obtenidos se han utilizado para poner de nuevo a prueba la teoría general de la relatividad de Einstein, pero a niveles de precisión sin precedentes. Los resultados no solo confirman la exactitud de la teoría, sino que insinúan efectos sutiles que hasta el momento no se habían tenido en cuenta. El impresionante trabajo se acaba de publicar en 'Physical Review X'.
Los púlsares, son un tipo de estrellas de neutrones, cadáveres estelares extremadamente masivos, que giran rápidamente sobre sí mismos emitiendo potentes haces de radiación.
Vistos desde la Tierra, parecen parpadear (o pulsar, de ahí su nombre) debido a que sus haces de radiación barren nuestro planeta a cada giro, como lo haría la luz de un faro, a intervalos regulares. Las variaciones en la sincronización de estos pulsos pueden mostrar con detalle los efectos predichos por la relatividad general. Si bien los físicos han encontrado ya muchos púlsares individuales, solo se conoce un púlsar binario, con sus dos miembros orbitándose entre sí. Se llama J0737-3039, fue descubierto en 2003 y su hallazgo abrió un nuevo mundo de posibles formas de probar la relatividad general.
Uno de los púlsares de la pareja gira aproximadamente 44 veces por segundo, mientras que el otro, más lento, lo hace una vez cada 2,8 segundos. El púlsar más lento se oscureció en 2008, debido a una peculiaridad de la relatividad general que hizo que sus rayos quedaran fuera de la vista. Pero los investigadores siguieron monitoreando el púlsar visible restante, combinando esos nuevos datos con observaciones más antiguas para mejorar la precisión de sus mediciones.
Y ahora, bajo la dirección del astrofísico Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, el equipo de investigadores ha publicado un artículo exhaustivo que recoge todas las observaciones.
Dick Manchester, de la agencia científica nacional de Australia, CSIRO, y miembro del equipo de investigación, explica cómo este resultado nos proporciona una comprensión más precisa de nuestro Universo: "La teoría de la relatividad general describe cómo funciona la gravedad a gran escala en el Universo, pero se descompone en la escala atómica, donde reina la mecánica cuántica".
Según el investigador, "necesitábamos encontrar formas de probar la teoría de Einstein en una escala intermedia para ver si todavía es cierta. Afortunadamente, el laboratorio cósmico adecuado, conocido como el 'púlsar doble', fue encontrado usando el telescopio Parkes en 2003. Nuestras observaciones del doble púlsar durante los últimos 16 años demostraron ser asombrosamente consistentes con la teoría general de la relatividad de Einstein, en un 99,99 por ciento, para ser precisos".
La relatividad general, por ejemplo, dice que las aceleraciones extremas en el sistema del doble púlsar deberían tensar el tejido del espacio-tiempo y envíar ondas gravitacionales que ralentizan el sistema. Se ha calculado que los dos púlsares colisionarán dentro de 85 millones de años. Y el estudio lo confirma.
Como el 'tic' de un reloj
Sin embargo, con una escala de tiempo tan larga para esta pérdida de energía, sus efectos son difíciles de detectar. Afortunadamente, la precisión de las rotaciones, que se pueden comparar a los 'tics' de un reloj, son herramientas perfectas para rastrear esas pequeñas perturbaciones.
Según explica Adam Deller, de la Universidad de Swinburne y también miembro del equipo, esos 'tics' tardan alrededor de 2.400 años en llegar a la Tierra, pero "eso aún no era suficiente para decirnos lo lejos que estaban los púlsares, y necesitábamos saberlo para probar la relatividad general".
Los investigadores lo consiguieron gracias al Very Long Baseline Array, una red de telescopios repartidos por todo el mundo, que lograron detectar una pequeña oscilación anual en la posición de los púlsares, lo que reveló la distancia exacta a la Tierra.
Las observaciones, en efecto, revelan que la órbita de los púlsares se está reduciendo. Al medir cuánto tardan los púlsares en completar cada órbita, los investigadores determinaron que los dos miembros de la pareja se acercan entre sí unos siete milímetros cada día. Eso se debe a que, mientras orbitan, los púlsares emiten ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio-tiempo que se expanden y que 'roban' algo de energía a los púlsares.
Pero existe un efecto más sutil que también modifica esa órbita. Los púlsares se ralentizan gradualmente con el tiempo, perdiendo energía de rotación. Y debido a que la energía y la masa son dos caras de la misma moneda, eso significa que el púlsar más rápido está perdiendo alrededor de 8 millones de toneladas métricas por segundo.
"Cuando me di cuenta de eso por primera vez, realmente me asombró", dice Kramer. Aunque parezca mucho, esa pérdida de masa equivale a solo un pequeño ajuste de la órbita. Anteriormente, los científicos podían ignorar este efecto en los cálculos porque el ajuste era muy pequeño. Pero la medición de la órbita ahora es lo suficientemente precisa como para tenerlo en cuenta.
"Volveremos a intentarlo en el futuro -dice Deller- utilizando nuevos radiotelescopios y nuevos análisis de datos con la esperanza de detectar alguna debilidad en la relatividad general que nos lleve a una teoría gravitacional aún mejor".
Nuevas características de los púlsares
En resumen, el estudio ha confirmado la validez de la teoría de Einstein de varias formas diferentes. Y ha permitido conocer características totalmente nuevas de ambos púlsares.
Por ejemplo, al estudiar la sincronización de los pulsos cuando la luz de un púlsar pasa junto a su compañero, los científicos pudieron saber en qué dirección gira el púlsar más rápido. Los resultados indican que el púlsar gira en la misma dirección en la que orbita, y eso, a su vez, proporciona pistas sobre cómo se formó la pareja.
Según el estudio, los dos púlsares comenzaron como estrellas vecinas que explotaron, una tras otra. A menudo, cuando una estrella explota, el remanente que deja atrás es expulsado, separando esos pares de estrellas. El hecho de que el púlsar más rápido gire en la misma dirección en la que orbita significa que la explosión que lo formó no le sacudió demasiado fuerte, lo que ayuda a explicar cómo la unión se mantuvo intacta.
