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  • 04/03/2019

Física

Un test inesperado de la dilatación gravitatoria del tiempo

El fallo de dos satélites de la misión Galileo permite poner a prueba la relatividad general de Einstein.

Physical Review Letters

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Recreación artística de cuatro satélites Galileo a bordo de un cohete Ariane 5. [ESA/Pierre Carril]

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En agosto de 2014, un cohete lanzó los satélites quinto y sexto del sistema de posicionamiento global Galileo, la respuesta milmillonaria de la Unión Europea al GPS estadounidense. Sin embargo, la alegría inicial se convirtió en decepción cuando los científicos comprobaron que los satélites habían acabado en una órbita incorrecta. En lugar de situarse en órbitas circulares con altitudes estables, quedaron varados en órbitas elípticas, inútiles para la navegación.

No obstante, aquel percance ofreció una rara oportunidad para llevar a cabo un experimento de física fundamental. Dos equipos de investigación independientes, uno dirigido por Pacôme Delva, del Observatorio de París, y otro por Sven Herrmann, de la Universidad de Bremen, analizaron el comportamiento de los satélites para poner a prueba la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

«La relatividad general sigue siendo la descripción más precisa que tenemos de la gravedad, y hasta ahora ha superado un gran número de pruebas experimentales y observacionales», explica Eric Poisson, físico de la Universidad de Guelph, en Canadá, que no participó en los experimentos. Hasta ahora, sin embargo, sigue sin estar claro cómo combinar esta teoría con la mecánica cuántica, la cual describe el comportamiento de la materia y la energía a escalas microscópicas. «Esa es una razón para sospechar que la gravedad no se limita a lo que nos dijo Einstein», añade Poisson. «Probablemente sea una buena aproximación, pero tiene que haber algo más.»

La teoría de Einstein predice que el tiempo transcurre con mayor lentitud en las inmediaciones de un objeto de gran masa. Eso significa que un reloj situado en la superficie de la Tierra debería avanzar más despacio que uno alojado en un satélite en órbita. Esta dilatación del tiempo se conoce como «desplazamiento al rojo gravitacional», y cualquier violación de dicho comportamiento podría dar pistas para avanzar hacia una teoría de gravedad cuántica.

Aunque, tras el percance, las órbitas de los satélites se ajustaron para aproximarlas a órbitas circulares, los instrumentos siguieron subiendo y bajando unos 8500 kilómetros dos veces al día. Durante tres años, los equipos de Delva y Herrmann midieron cómo los cambios resultantes en la gravedad experimentada por los satélites alteraban el funcionamiento de los relojes atómicos ultraprecisos de a bordo.

En un experimento similar efectuado en 1976, cuando se lanzó al espacio el cohete Gravity Probe-A, también equipado con un reloj atómico, los investigadores concluyeron que las posibles violaciones de la relatividad general eran inferiores a 1,4 partes por 10.000. Los nuevos estudios, publicados el pasado diciembre en Physical Review Letters, han conseguido mejorar esa cota en un factor de 5,6. De modo que, al menos por ahora, la teoría centenaria del físico alemán seguirá reinando.

Megan Gannon/Scientific American

Referencia: «Gravitational redshift test using eccentric Galileo satellites», Pacôme Delva et al en Physical Review Letters, vol. 121, art. 231101, 4 de diciembre de 2018; «Test of the gravitational redshift with Galileo satellites in an eccentric orbit», Sven Herrmann et al. en Physical Review Letters, vol. 121, art. 231102, 4 de diciembre de 2018

Más información en Physics.

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