Un extraño trío de estrellas pone a prueba la teoría de la relatividad

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Astrónomos que usan el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencia (GBT) han descubierto un sistema estelar único de dos estrellas enanas blancas y una estrella de neutrones superdensa (pulsar), todo ello incluido en un espacio más pequeño que la órbita de la Tierra alrededor del sol.

La cercanía de las estrellas, junto con su naturaleza, ha permitido a los científicos hacer las mejores mediciones de las complejas interacciones gravitacionales en un sistema de este tipo. Además, los estudios detallados de este sistema pueden proporcionar una pista clave para resolver uno de los principales problemas pendientes de la física fundamental, la verdadera naturaleza de la gravedad.

De las tres estrellas, la más importante y la que nos da la clave es el pulsar. Un púlsar es una estrella de neutrones que emite radiación periódica. Los púlsares poseen un intenso campo magnético que induce la emisión de estos pulsos de radiación electromagnética a intervalos regulares relacionados con el periodo de rotación del objeto. El pulsar de este triple sistema  está a unos 4.200 años luz y gira casi 366 veces por segundo. Estos tipos de púlsares se les llaman púlsares de milisegundos y pueden ser usados por los astrónomos como herramientas de precisión para el estudio de una variedad de fenómenos, entre ellos las ondas gravitacionales.

Observaciones posteriores mostraron que el púlsar se encuentra en una órbita cercana a una estrella enana blanca y ese par está en órbita con otra enana blanca más lejana. “Las perturbaciones gravitacionales impuestas a cada miembro de este sistema por parte de los demás son increíblemente puras y fuertes. El púlsar de milisegundos sirve como una herramienta extremadamente poderosa para medir esas perturbaciones increíblemente bien” explica Scott Ransom, del ‘National Radio Astronomy Observatory’ (NRAO).

La estrella púlsar (izquierda) orbitada por una enana blanca caliente (centro), y ambas orbitadas por una enana blanca más fría y lejana (derecha) Bill Saxton/NRAO

Al registrar con precisión el tiempo de llegada de los pulsos del pulsar, los científicos fueron capaces de calcular la geometría del sistema y las masas de las estrellas con una precisión sin precedentes. El sistema da a los científicos la mejor oportunidad para descubrir una violación de un concepto llamado el Principio de Equivalencia, que establece que el efecto de la gravedad sobre un cuerpo no depende de la naturaleza o la estructura interna de ese cuerpo.

Los experimentos más famosos que ilustran este principio es el reputado de Galileo sobre la caída de dos bolas de diferentes pesos desde la torre inclinada de Pisa y el del comandante del Apolo 15 David Scott que dejó caer un martillo y una pluma de halcón mientras estaba de pie en la superficie sin aire de la Luna en 1971.

“Mientras que la Teoría de la Relatividad General de Einstein hasta ahora ha sido confirmado por todos los experimentos, no es compatible con la teoría cuántica. Debido a eso, los físicos esperan que se descomponga bajo condiciones extremas”, explica Ransom. “Este sistema triple de estrellas compactas nos da una gran oportunidad para buscar una violación de una forma específica del Principio de Equivalencia llamado el Fuerte Principio de Equivalencia”, agrega.

Cuando explota una estrella masiva en forma de supernova y sus restos se colapsan en una estrella de neutrones superdensa, parte de su masa se convierte en energía de enlace gravitacional que mantiene la estrella densa junta. El fuerte Principio de Equivalencia dice que esta energía de enlace todavía reaccionará gravitacionalmente como si fuera masa. Prácticamente todas las alternativas a la relatividad general sostienen que no lo hará. “Este sistema ofrece la mejor prueba hasta ahora de que eso es así”, afirma Ransom.

Bajo el fuerte principio de equivalencia, el efecto gravitatorio de la enana blanca externa sería idéntico tanto para la enana blanca interior y la estrella de neutrones. Si el fuerte principio de equivalencia no es válido en las condiciones de este sistema, el efecto gravitatorio de la estrella exterior en la enana blanca interior y la estrella de neutrones sería ligeramente diferente y las observaciones de alta precisión del pulsar podrían mostrarlo fácilmente.

“Encontrar una desviación del fuerte principio de equivalencia indicaría un desglose de la Relatividad General y nos apuntaría hacia una nueva, la teoría correcta de la gravedad”, añade. “Este es un sistema fascinante de muchas maneras, incluyendo lo que debe haber sido una historia de formación completamente loca y tenemos mucho trabajo por hacer para comprenderlo plenamente”, apunta Ransom.

Los resultados aparecen en la revista Nature y fueron presentados el lunes día 6 en la 223 ª reunión de la American Astronomical Society y que tiene lugar el 5-9 de enero en Washington DC .

Fuentes:

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