13 de Enero de 2022
Astronomía

Una singular pareja de estrellas confirma las predicciones de Einstein

Dieciséis años de datos procedentes del único púlsar doble que se conoce han permitido realizar pruebas muy precisas de la relatividad general.

Recreación de un sistema binario formado por dos estrellas de neutrones. En un sistema así, las estrellas pierden energía en forma de ondas gravitacionales y van acercándose cada vez más. [ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/Wikimedia Commons]

Una pareja de estrellas en rotación ha proporcionado una nueva prueba para la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Los científicos han usado 16 años de datos del sistema binario PSR J0737-3039A/B para confirmar las predicciones de esa teoría con una precisión sin precedentes. Y no hallaron ninguna desviación que pudiera apoyar las teorías gravitatorias alternativas que han propuesto los físicos para tratar de explicar algunos enigmas científicos sin respuesta.

PSR J0737-3039A/B se encuentra en la Vía Láctea, a unos 2000 años luz de la Tierra. Consta de dos estrellas de neutrones, los objetos astronómicos más densos que existen, después de los agujeros negros. Además, ambas estrellas son púlsares, puesto que emiten un haz de radiación que gira junto con la estrella como si se tratara de un faro. Descubierto en 2003 por la astrónoma Marta Burgay, del Observatorio Astronómico de Cagliari, el sistema es el único púlsar doble que se conoce actualmente.

Las dos estrellas se mueven a un millón de kilómetros por hora y tardan solo 147 minutos en dar una vuelta completa alrededor de su centro de masas común. Los objetos muy densos que orbitan a gran velocidad constituyen un banco de pruebas ideal para nuestras ideas sobre la gravedad. Mientras giran la una alrededor de la otra, su órbita se va contrayendo porque pierden energía en forma de ondas gravitacionales, como predice la teoría de Einstein.

Estudiar los cambios en los destellos de los púlsares permite medir esa contracción orbital y proporciona una observación indirecta de las ondas gravitacionales. Russell Hulse y Joseph Taylor usaron esta técnica por primera vez en otro sistema binario que contenía un púlsar, y en 1993 recibieron el premio Nobel de física por sus estudios.

Animación del sistema binario PSR J0737-3039A/B, donde dos púlsares activos giran uno alrededor del otro en tan solo 147 minutos mientras emiten haces de luz. El movimiento de estas estrellas de neutrones provoca una serie de efectos relativistas, entre ellos la emisión de ondas gravitacionales que reducen la energía del sistema. Como resultado, los púlsares se acercan unos 7 mm al día. [Michael Kramer/MPIfR]

En 2006, unos años después del descubrimiento de Burgay, los físicos ya habían utilizado el sistema PSR J0737-3039A/B para mejorar la medición de Hulse y Taylor. El nuevo estudio, cuyo primer autor es Michael Kramer, del Instituto Max Planck de Radioastronomía de Bonn, aumenta la precisión 25 veces más, al combinar los resultados de 16 años de observaciones con siete radiotelescopios de todo el mundo. Los datos, publicados en Physical Review X, coinciden con las predicciones de la relatividad general con una precisión récord: la diferencia es de tan solo el 0,013 por ciento.

Las ondas gravitacionales provocadas por la doble estrella de neutrones son demasiado débiles para que las detecten directamente interferómetros como Virgo, en Italia, o LIGO, en Estados Unidos. Sin embargo, según Burgay, es posible que algún día se capten gracias a otros instrumentos más grandes, como el interferómetro espacial LISA que preparan la NASA y la ESA.

Los autores también modelizaron el sistema usando teorías alternativas de la gravedad y hallaron importantes discrepancias con las observaciones. «Se trata de una medición extremadamente precisa, y cualquier otra teoría debería ser capaz de explicar las observaciones al menos con esa precisión», indica Nanda Rea, astrofísica del Instituto de Ciencias del Espacio del CSIC que no participó en el estudio. «Continuar estas observaciones durante los próximos años permitiría comprobar la relatividad general con una precisión cada vez mayor», señala.

Aún falta dilucidar la composición de las dos estrellas. Ese estudio se ha visto obstaculizado por el movimiento del eje de los púlsares, que en 2008 ocultó la luz de uno de ellos. Según Burgay, los modelos sugieren que ambos púlsares deberían volver a ser visibles en los próximos años.

Michele Catanzaro/Nature Research Highlights

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Referencia: «Strong-field gravity tests with the double pulsar». Michael Kramer et al. en Physical Review X, vol. 11, art. 041050, 13 de diciembre de 2021.

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