Astrónomos
que usan el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencia (GBT, en
sus siglas en inglés) han descubierto un sistema estelar único de dos estrellas
enanas blancas y una estrella de neutrones superdensa, 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.
«Este
triple sistema nos da un laboratorio cósmico natural mucho mejor que cualquier
cosa encontrada antes para aprender exactamente cómo funcionan estos sistemas
de tres cuerpos y, potencialmente, detectar problemas con la relatividad
general que los físicos esperan ver en condiciones extremas», explica Scott
Ransom, del National Radio Astronomy Observatory (NRAO).
El
estudiante graduado de la Universidad de West Virginia, en Estados Unidos,
Jason Boyles, ahora en la Universidad de Western Kentucky, descubrió
originalmente el púlsar como parte de una búsqueda a gran escala para los
púlsares con el GBT. Los púlsares son estrellas de neutrones que emiten haces
de luz como las ondas de radio que se mueven circular y rápidamente por el
espacio como el objeto gira sobre su eje.
Uno
de los descubrimientos de la búsqueda es un púlsar a unos 4.200 años luz de la
Tierra, girando casi 366 veces por segundo . Estos púlsares que giran
rápidamente, llamados púlsares de milisegundos, pueden ser usados por los
astrónomos como herramientas de precisión para el estudio de una variedad de
fenómenos, incluyendo búsquedas de las esquivas ondas gravitacionales.
Telescopio Green Bank
Observaciones
posteriores mostraron que el púlsar se encuentra en una órbita cercana a una
estrella enana blanca y ese par está en órbita con otro, una enana blanca más
lejana. «Este es el primer pulsar de milisegundos que se encuentra en un
sistema de este tipo y, de inmediato, reconocimos que nos proporciona una gran
oportunidad para estudiar los efectos y la naturaleza de la gravedad», señala
Ransom.
Los
científicos, cuyos descubrimientos se publican este domingo en la edición
digital de «Nature», comenzaron un programa de observación intensiva con el
GBT, el radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico, y el Westerbork Synthesis
Radio Telescope en Holanda. También estudiaron el sistema con datos del Sloan
Digital Sky Survey, el satélite GALEX, el telescopio WIYN en Kitt Peak,
Arizona, y el Telescopio Espacial Spitzer.
«Las
perturbaciones gravitacionales impuestas a cada miembro de este sistema por
parte de los demás son increíblemente puras y fuertes -apunta Ransom-. El
púlsar de milisegundos sirve como una herramienta extremadamente poderosa para
medir esas perturbaciones increíblemente bien».
Al
registrar con precisión el tiempo de llegada de los pulsos , los científicos
fueron capaces de calcular la geometría del sistema y las masas de las
estrellas con una precisión sin precedentes. «Hemos hecho algunas de las
mediciones más precisas de las masas de la astrofísica», afirma Anne Archibald,
del Instituto Holandés de Radioastronomía. «Algunas de nuestras mediciones de
las posiciones relativas de las estrellas en el sistema son exactas a cientos
de metros», detalla Archibald, quien encabezó el esfuerzo para utilizar las
mediciones para construir una simulación por ordenador del sistema que puede
predecir sus movimientos.
Hacia
una nueva teoría de la gravedad
La
investigación sobre este sistema utiliza técnicas que se remontan a las
utilizadas por Isaac Newton para estudiar el sistema Tierra-Luna-Sol, en
combinación con la «nueva» gravedad de Albert Einstein que se requiere para
hacer las mediciones precisas. A su vez, los científicos dijeron que el sistema
promete la oportunidad de señalar el camino a la siguiente teoría de la
gravedad.
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.
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