Un exótico par de estrellas binarias a cerca de 7.000 años luz de la Tierra ha brindado a los físicos un laboratorio cósmico único para el estudio de la naturaleza de la gravedad. La extremadamente fuerte gravedad de una estrella de neutrones masiva en órbita con una compañera enana blanca confirma, una vez más, la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein publicada en 1915, incluso en las condiciones más extremas.
En algún momento, sin embargo, los científicos esperan que el modelo de Einstein sea inválido bajo algunas condiciones extremas, puesto que la relatividad general es incompatible con otras teorías como, por ejemplo, la mecánica cuántica. Los físicos esperan encontrar una descripción alternativa de la gravedad que pudiera eliminar esa incompatibilidad.
Este púlsar recién descubierto, una estrella de neutrones giratoria con el doble de la masa del Sol, y su compañera enana blanca, que orbitan entre sí una vez cada dos horas y media, ha puesto las teorías gravitatorias en su prueba más extrema. Observaciones del sistema, apodado PSR J0348 0432, produjeron resultados consistentes con las predicciones de la Relatividad General, según concluye la investigación, publicada en Science.
El par fue descubierto con el telescopio de Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencias y posteriormente se estudió en luz visible con el telescopio del Observatorio Punto Apache en Nuevo México, el Very Large Telescope (VLT) en Chile y el telescopio William Herschel en las Islas Canarias. Observaciones de radio extensas con el telescopio de Arecibo en Puerto Rico y el telescopio Effelsberg en Alemania aportaron información vital sobre los cambios sutiles en la órbita de la pareja.
En un sistema, las órbitas decaen y se emiten ondas gravitacionales, llevando la energía del sistema. Midiendo con precisión el tiempo de llegada que los pulsos de radio pulsan durante más de un largo período de tiempo, los astrónomos pueden determinar la tasa de descomposición y la cantidad de radiación gravitacional emitida.
La gran masa de la estrella de neutrones en PSR J0348 0432, la cercanía de su órbita con su compañero y el hecho de que la enana blanca compañera es compacta, pero no otra estrella de neutrones, hizo del sistema una oportunidad sin precedentes para probar teorías alternativas de la gravedad.
La prueba planteada por PSR J0348 0432 es particularmente interesante porque la estrella masiva es un objeto verdaderamente extrema en términos de gravedad, incluso en comparación con otros púlsares que se han utilizado para probar la relatividad general. Como resultado, se produce excepcionalmente una fuerte distorsión del espacio-tiempo. En muchas alternativas a la teoría de Einstein, esto haría que la órbita perdiera energía mucho más rápido de lo que se observa.
Según los investigadores, las observaciones desmienten estas alternativas a la Teoría de la Relatividad y, por lo tanto, dan la confianza de que la teoría de Einstein es una buena descripción de la naturaleza. En las condiciones extremas de este sistema, algunos científicos pensaron que las ecuaciones de la Relatividad General podrían no predecir con exactitud la cantidad de radiación gravitatoria emitida y así cambiar la tasa de degradación de la órbita y que, en contra, otras teorías podrían ser más precisas en este sistema.
"Pensamos que este sistema puede ser suficientemente extremo para mostrar un desglose de la Relatividad General, pero en cambio, las predicciones de Einstein se mantuvieron bastante bien", dijo Paulo Freire, del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Alemania.
Los investigadores esperan la primera detección directa de ondas gravitacionales con instrumentos avanzados, con los que confían en detectar las ondas gravitacionales emitidas como tales de pares densos como las estrellas de neutrones y los agujeros negros en espiral hacia adentro, hacia violentas colisiones.
Las ondas gravitacionales son muy difíciles de detectar, e incluso con los mejores instrumentos, los físicos creen que tendrán que conocer las características de las ondas que buscan, que serán enterradas en el ruido de sus detectores. Conocer las características de las ondas que buscan les permitirá extraer la señal que esperan de ese ruido.
"Nuestros resultados indican que las técnicas de filtrado previstas para estos instrumentos avanzados siguen siendo válidas", dijo Ryan Lynch, de la Universidad McGill, en Montreal (Canadá). Freire y Lynch trabajaron con un amplio equipo internacional de investigadores.