La observación de dos estrellas de neutrones durante 16 años con telescopios de todo el mundo confirma siete predicciones de la teoría de la Relatividad General, publicada en 1915
En 1919, en un mundo recién salido de la guerra y espantado por la mayor pandemia del siglo XX, los astrónomos Arthur Eddington y Frank Dyson presentaron un enfrentamiento imaginario entre dos gigantes de la ciencia. La Ley de Gravitación Universal de Isaac Newton, vigente desde hacía más de dos siglos, podía ser superada por la Relatividad General de Albert Einstein, publicada en 1915. Sus observaciones del eclipse total de ese año, desde la isla africana de Príncipe y la localidad brasileña de Sobral, determinaron que la luz de varios astros situados detrás del Sol se curvaba siguiendo las deformaciones del espacio tiempo provocadas por la masa de la estrella tal y como predecía la teoría de Einstein. “Nueva teoría del Universo. Ideas newtonianas derrocadas”, publicó The Times, olvidando quizá que las ideas de Newton seguían y siguen funcionando con una precisión asombrosa.
Un siglo después, en otro mundo pandémico, el científico al que se aspira a superar en asuntos gravitatorios es el entonces coronado Albert Einstein. Desde la expedición de Eddington, la concepción del mundo que el científico alemán creó en su mente, a base de experimentos mentales y matemáticas, se ha puesto a prueba en numerosas ocasiones observando la naturaleza.
“La teoría se ha comprobado con mucha precisión en el régimen de campo débil, donde el campo gravitacional es pequeño, como en la Tierra o el Sistema Solar”, explica José Luis Fernández Barbón, director del Instituto de Física Teórica de Madrid. Además de pruebas como la de Eddington, la creación de los relojes atómicos a partir de los años 50 hizo posible medir una previsión muy poco intuitiva de la Relatividad: que el tiempo no pasa en todos los sitios a la misma velocidad. Según la nueva teoría, lo hace más despacio en la presencia de un fuerte campo gravitatorio como el de un agujero negro que ante uno más débil como el de la Tierra. Esta consecuencia de la teoría presagiaba que el tiempo pasaría más lento en la base de un rascacielos que en su azotea y los exactos relojes atómicos confirmaron que así era.
En los experimentos en estas regiones cercanas donde los campos gravitatorios son débiles, la Relatividad se ha testado con una precisión de una parte entre 10.000. Más allá “está el resquicio para física nueva”, afirma Fernández Barbón. Los nuevos exámenes para ir más allá de Einstein requieren aparatos cada vez más sofisticados que midan nuestro entorno cercano, pero también que se acerquen a los monstruos gravitatorios del universo. Los agujeros negros son un entorno perfecto para testar los límites de la Relatividad, pero están demasiado lejos. “En esos campos fuertes, la precisión de los test de la teoría es más pequeña. Eso sucede con la fusión de agujeros negros que se ven con los detectores de ondas gravitacionales”, apunta el director del IFT.
La posibilidad de medir las ondas gravitacionales, esas ondulaciones del tejido espaciotemporal provocadas por la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, llegó en 2016. Entonces, el detector terrestre LIGO captó las ondas generadas por el choque de dos agujeros negros y comenzó una nueva etapa en la observación del cosmos. Fue un examen más superado por Einstein, que con su teoría fue el primero en adelantar la existencia de estas ondas. Sin embargo, estos detectores “aún no proporcionan suficientes datos ni son datos suficientemente precisos”, señala Fernández Barbón. Estos datos precisos pueden llegar a partir de la próxima década, cuando está previsto el lanzamiento de la constelación de satélites LISA, diseñada para captar estas ondas con mayor exactitud. Aquí se podrían empezar a atisbar los límites de la Relatividad.
El resultado de uno de los últimos exámenes superados por Einstein durante el último siglo se presentó la semana pasada en la revista Physical Review X y se realizó a partir de dos objetos que están a medio camino entre los débiles campos gravitatorios del Sol o la Tierra y los de los agujeros negros. Se trata de dos estrellas de neutrones, unos objetos que pueden concentrar la masa del Sol, que tiene casi un millón y medio de kilómetros de diámetro, en uno que suele rondar los 20. Estos astros, PSR J0737−3039 A y B, orbitan uno en torno al otro a gran velocidad y cada vez que rotan, de una forma regular, emiten pulsos de radio detectables desde la Tierra. Situadas a 2.400 años luz, es el único sistema conocido de este tipo de estrellas en el que las dos emiten esos pulsos, algo que hace al sistema especialmente interesante para los científicos. “Los púlsares funcionan como dos relojes que sirven para medir con mayor precisión las propiedades de ese sistema”, apunta Barbón.
Un equipo internacional de científicos liderado por Michael Kramer, del Instituto Max Planck de Radioastronomía, observó las dos estrellas durante 16 años empleando radiotelescopios de todo el mundo. Siguiendo los fotones que emitían estos faros cósmicos, pudieron seguir su movimiento y ver, entre otras cosas, cómo se curvaba por la presencia de un objeto con un campo gravitatorio tan potente como el de una estrella de neutrones. El experimento tiente similitudes con el de Eddington, pero las condiciones son mucho más extremas.
En un comunicado titulado Einstein gana de nuevo, Kramer aseguró que este laboratorio natural para las teorías gravitatorias hacía posible medir la energía que transportan las ondas gravitacionales con una precisión “1000 veces mejor de lo que ahora es posible con los detectores de ondas gravitacionales”. En total, los científicos que participaron en el proyecto pusieron a prueba siete predicciones de la teoría de la Relatividad e incluso se empleó la famosa ecuación E=mc2 para calcular el efecto de la radicación electromagnética de los púlsares. Según señala Dick Manchester, del CSIRO australiano, una de las entidades que han colaborado en el trabajo, “esa radiación supone una pérdida de masa de ocho millones de toneladas por segundo”, algo que, “aunque parezca mucho, es solo una fracción diminuta de la masa del púlsar”.
Einstein, que algún mito pinta como mal estudiante, sigue aprobando los exámenes más exigentes cien años después y no parece próximo el momento en que empiecen a verse las grietas de su teoría. “Por ahora no existe sobre el papel ninguna modificación de la teoría de Einstein que merezca la pena”, resume Fernández Barbón. “Se han intentado muchas alternativas, pero todas son horribles”.
