Astrofísicos han sido testigos de cómo el giro de un cuerpo celeste dobla el espacio y el tiempo, después de rastrear la órbita de un par estelar exótico durante casi dos décadas.
Los datos, que son evidencia adicional de la teoría de la relatividad general de Einstein, han sido presentados en la revista Science por un equipo internacional de astrofísicos liderado por el profesor australiano Matthew Bailes, del Centro de Excelencia ARC de Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav).
Hace más de un siglo, Albert Einstein publicó su teoría icónica de la relatividad general: que la fuerza de la gravedad surge de la curvatura del espacio y el tiempo y que los objetos, como el Sol y la Tierra, cambian esta geometría. Los avances en la instrumentación han llevado a una avalancha de ciencia reciente (ganadora del premio Nobel) de fenómenos más lejanos vinculados a la relatividad general.
El descubrimiento de las ondas gravitacionales se anunció en 2016; La primera imagen de una sombra de agujero negro y estrellas que orbitan alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia se publicó el año pasado.
Hace casi 20 años, un equipo dirigido por el profesor Bailes de la Universidad Tecnológica de Swinburne, director del Centro de Excelencia ARC en Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), comenzó a observar dos estrellas girando una alrededor de la otra a velocidades asombrosas con el telescopio Parkes. Una es una enana blanca, del tamaño de la Tierra pero con 300.000 veces su densidad; la otra es una estrella de neutrones que, aunque solo tiene 20 kilómetros de diámetro, tiene aproximadamente 100.000 millones de veces la densidad de la Tierra. El sistema, que fue descubierto en Parkes, es un sistema de maravilla relativista que se conoce con el nombre de "PSR J1141-6545".
Antes de que la estrella explotara (convirtiéndose en una estrella de neutrones), hace aproximadamente un millón de años, comenzó a hincharse desechando su núcleo externo que cayó sobre la enana blanca cercana. Esta caída de escombros hizo que la enana blanca girara cada vez más rápido, hasta que su día solo se midió en términos de minutos.
En 1918 (tres años después de que Einstein publicara su teoría), los matemáticos austriacos Josef Lense y Hans Thirring se dieron cuenta de que si Einstein tenía razón, todos los cuerpos rotativos deberían 'arrastrar' la estructura misma del espacio-tiempo con ellos. En la vida cotidiana, el efecto es minúsculo y casi indetectable.
A principios de este siglo, la primera evidencia experimental de este efecto se vio en giroscopios que orbitan la Tierra, cuya orientación se arrastró en la dirección del giro de la Tierra. ¡Una enana blanca que gira rápidamente, como la de PSR J1141-6545, arrastra el espacio-tiempo 100 millones de veces más fuerte!
Un púlsar en órbita alrededor de una enana blanca de este tipo presenta una oportunidad única para explorar la teoría de Einstein en un nuevo régimen ultra-relativista.
El autor principal del estudio actual, Vivek Venkatraman Krishnan (del Instituto Max Planck de Radioastronomía - MPIfR) recibió la difícil tarea de desenredar todos los efectos relativistas en juego en el sistema como parte de su doctorado en la Universidad Tecnológica de Swinburne. Se dio cuenta de que a menos que permitiera un cambio gradual en la orientación del plano de la órbita, la Relatividad General no tenía sentido.
El doctor Paulo Friere de MPIfR se dio cuenta de que arrastrar el marco de toda la órbita podría explicar su órbita inclinada y el equipo presenta evidencia convincente en apoyo de esto en el nuevo estudio: muestra que la Relatividad General está viva y bien, exhibiendo otra de sus muchas predicciones.
"Al principio, el par estelar parecía exhibir muchos de los efectos clásicos que la teoría de Einstein predijo. Luego notamos un cambio gradual en la orientación del plano del orbita", dijo Vivek Venkatraman Krishnan.
"Los púlsares son relojes cósmicos. Su alta estabilidad rotacional significa que cualquier desviación del tiempo de llegada esperado de sus pulsos probablemente se deba al movimiento del púlsar o a los electrones y campos magnéticos con los que se encuentran los pulsos. La sincronización de los pulsos es una técnica poderosa donde use relojes atómicos en radiotelescopios para estimar el tiempo de llegada de los pulsos desde el púlsar a una precisión muy alta. El movimiento del púlsar en su órbita modula el tiempo de llegada, permitiendo así su medición", agregó.
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