Imagina que eres un astrónomo con ideas interesantes sobre las leyes secretas del cosmos. Como cualquier buen científico, planifica un experimento para probar su hipótesis. Y luego, de repente, las malas noticias: no hay forma de probarlo, excepto quizás una simulación por computadora. Los objetos cósmicos son demasiado grandes e incómodos para crecer en una placa de Petri o chocar como partículas subatómicas.
Afortunadamente, hay lugares raros en el espacio donde la naturaleza realiza sus propios experimentos, como PSR J0337 + 1715. Este triple sistema se observó por primera vez en 2012 y en 2014 los científicos anunciaron oficialmente su descubrimiento. Se encuentra a 4200 años luz de distancia en la constelación de Tauro.
Tres núcleos de estrellas muertas giran en un baile que podría confirmar, o llevar a una revisión, la idea de Einstein del espacio-tiempo. Las apuestas son altas. En la década de 1970, un sistema de dos estrellas muertas proporcionó pruebas sólidas, aunque circunstanciales, que respaldaban la teoría de la relatividad general de Einstein, y que las ondas gravitacionales que LIGO finalmente encontró existían. Por este trabajo, los científicos recibieron el Premio Nobel.
Para entender PSR J0337 + 1715 como parte del experimento, Joshua Sokol de New Scientist propone representarlo como una ubicación física. Aproximadamente a la misma distancia del centro del sistema, en el que la Tierra gira alrededor del Sol, se encuentra una enana blanca fría, los restos del núcleo solidificado de una estrella como la nuestra. Un poco más lejos hay otra enana blanca más caliente. Debería "gritar intensamente" en el cielo, dice Scott Ransome del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Virginia, que supervisa el sistema.
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Cada 1,6 días, esta enana blanca interior orbita a un compañero que es invisible a simple vista. Pero en la visión de rayos X o rayos gamma, las dos enanas blancas son relativamente tenues en comparación con su compañero, un objeto esférico de 24 kilómetros de largo cuya masa es una vez y media la masa del Sol.
Es un púlsar, el remanente de una estrella mucho más grande. Gira una vez cada 2,73 milisegundos, como un demonio del polvo cósmico. Cada rotación libera un haz de ondas de radio hacia el cielo que llega a la Tierra con cada rotación; usamos sus señales ultraprecisas como un reloj espacial. Y dado que estos cuerpos tienen campos gravitacionales intensos y enredados, y tenemos relojes atados a ellos, sería extremadamente conveniente probar a Einstein.
El equipo de Ransom está rastreando el tic-tac del púlsar, midiendo cómo cambian las órbitas de los tres cuerpos y comparando los resultados con las predicciones de la teoría de Einstein. Se centran en una idea especialmente en serio.
Piense en la historia apócrifa de Galileo en la Torre Inclinada de Pisa, quien arrojó objetos al suelo para mostrar que diferentes masas necesitan la misma cantidad de tiempo para viajar la misma distancia. El astronauta David Scott hizo el mismo experimento en la luna con una pluma y un martillo.
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El principio de la llamada equivalencia fuerte en la relatividad general continúa esta idea. Sostiene que incluso los objetos con sus propios campos gravitacionales deberían reaccionar a la gravedad de la misma forma que los demás.
Al igual que con las plumas y un martillo, la enana blanca interior y el púlsar mucho más pesado deberían comportarse de la misma manera bajo la atracción gravitacional de la enana blanca exterior. De lo contrario, la órbita del par interno se alargará más de lo esperado, y se violará el principio de equivalencia y la relatividad general es incorrecta.
Y luego habrá conmoción y asombro. Pero tal conmoción podría esperarse tarde o temprano, ya que la relatividad general es conocida por no querer ser amiga de otras teorías de la naturaleza.
"Cualquier teoría de la gravedad que no sea la relatividad general básicamente predice que un principio sólido de equivalencia fallará en algún nivel", dice Ransome.
En la Conferencia Pulsar de septiembre en el Reino Unido, el equipo de Ransom espera anunciar nuevos resultados, comenzando con el trabajo de Anna Archibald, quien probará el principio de equivalencia entre 50 y 100 veces mejor que nunca. Aún no lo han hecho, dice Ransom, porque hay algunos patrones de datos que parecen violar el principio de equivalencia que deben explorarse más de cerca.
"Obviamente, esto será poderoso, por lo que queremos asegurarnos de que entendemos los datos correctamente", dice Ransom. Por el momento, las computadoras todavía están haciendo análisis.
¿Cuáles son las posibilidades de que cuando salga el trabajo, la gente se emocione?
“La mayoría de la gente cree que un principio sólido de equivalencia no puede fallar en este nivel. Esta es una de las razones por las que constantemente nos golpeamos la cabeza contra la pared.
Quizás PSR J0337 + 1715 sea el experimento espacial perfecto: un experimento en el que la relatividad general definitivamente se romperá, no en el papel, pero seguro. O esperaremos un poco más.
Ilya Khel
