Un equipo internacional de astrofísicos dirigido por el profesor australiano Matthew Bailes, del Centro ARC de Excelencia de Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), ha mostrado nuevas y emocionantes evidencias de "arrastre de fotogramas" —cómo el giro de un cuerpo celeste retuerce el espacio y el tiempo— después de rastrear la órbita de un par estelar exótico durante casi dos décadas. Los datos, que es una prueba más de la teoría de la relatividad general de Einstein, se publica hoy la revista Ciencias .

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, cambiar esta geometría. Los avances en instrumentación han llevado a una avalancha de ciencia reciente (ganadora del premio Nobel) de fenómenos más lejanos relacionados con la Relatividad General. El descubrimiento de ondas gravitacionales se anunció en 2016; la primera imagen de la sombra de un agujero negro y las estrellas que orbitan el 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 ARC de Excelencia en Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), comenzó a observar dos estrellas que giraban una alrededor de la otra a velocidades asombrosas con el radiotelescopio CSIRO Parkes de 64 metros. Uno es una enana blanca, el tamaño de la Tierra pero 300, 000 veces su densidad; la otra es una estrella de neutrones que, mientras que solo tiene 20 kilómetros de diámetro, es aproximadamente 100 mil 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 un millón de años, comenzó a hincharse descartando su núcleo exterior 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 en rotación deberían "arrastrar" el tejido mismo del espacio-tiempo con ellos. En todos los días de la vida, 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 fue arrastrada en la dirección del giro de la Tierra. Una enana blanca que gira rápidamente, como el de PSR J1141-6545, arrastra el espacio-tiempo 100 millones de veces más fuerte!

Un púlsar en órbita alrededor de una enana blanca como esta presenta una oportunidad única para explorar la teoría de Einstein en un nuevo régimen ultrarrelativista.

Autor principal del estudio actual, Al Dr. Vivek Venkatraman Krishnan (del Instituto Max Planck de Radioastronomía — MPIfR) se le asignó la nada envidiable tarea de desenredar todos los efectos relativistas en competencia en juego en el sistema como parte de su doctorado. en la Universidad Tecnológica de Swinburne. Notó que, a menos que permitiera un cambio gradual en la orientación del plano de la órbita, La relatividad general no tenía sentido.

El Dr. Paulo Friere de MPIfR se dio cuenta de que el arrastre del marco de toda la órbita podría explicar su órbita inclinada y el equipo presenta evidencia convincente en apoyo de esto en el artículo de la revista de hoy:muestra que la Relatividad General está viva y bien, exhibiendo otra de sus muchas predicciones.

El resultado es especialmente agradable para los miembros del equipo Bailes, Willem van Straten (Universidad Tecnológica de Auckland) y Ramesh Bhat (ICRAR-Curtin), quienes han estado caminando hasta el telescopio Parkes de 64 m desde principios de la década de 2000, mapeando pacientemente la órbita con el objetivo final de estudiar el Universo de Einstein. "Esto hace que todas las noches y las madrugadas valgan la pena, "dijo Bhat.

Comentario de experto:

El autor principal, Vivek Venkatraman Krishnan, Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR):"Al principio, el par estelar pareció exhibir muchos de los efectos clásicos que predijo la teoría de Einstein. Luego notamos un cambio gradual en la orientación del plano de la órbita ".

"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 debido a los electrones y campos magnéticos que encuentran los pulsos. La sincronización de pulsos es una técnica poderosa en la que podemos utilizar relojes atómicos en radiotelescopios para estimar el tiempo de llegada de los pulsos del púlsar con una precisión muy alta. El movimiento del púlsar en su órbita modula el tiempo de llegada, permitiendo así su medición ".

Dr. Paulo Freire:"Postulamos que esto podría ser, al menos en parte, debido al llamado 'arrastre de cuadros' al que está sujeta toda la materia en presencia de un cuerpo giratorio, como lo predijeron los matemáticos austriacos Lense y Thirring en 1918 ".

Profesor Thomas Tauris, Universidad de Aarhus:"En un par estelar, la primera estrella en colapsar a menudo gira rápidamente debido a la posterior transferencia de masa de su compañera. Las simulaciones de Tauris ayudaron a cuantificar la magnitud del giro de la enana blanca. En este sistema, toda la órbita está siendo arrastrada por el giro de la enana blanca, que está desalineado con la órbita ".

Dr. Norbert Wex, Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR):"Una de las primeras confirmaciones de arrastre de fotogramas utilizó cuatro giroscopios en un satélite en órbita alrededor de la Tierra, pero en nuestro sistema los efectos son 100 millones de veces más fuertes ".

Evan Keane (Organización SKA):"Los púlsares son súper relojes en el espacio. Los súper relojes en campos gravitacionales fuertes son los laboratorios de sueños de Einstein. Hemos estado estudiando uno de los más inusuales de estos en este sistema estelar binario. Tratando los pulsos periódicos de luz de el púlsar como el tic-tac de un reloj podemos ver y desenredar muchos efectos gravitacionales a medida que cambian la configuración orbital, y la hora de llegada de los pulsos del tic-tac del reloj. En este caso, hemos visto una precesión sedienta de lentes, una predicción de la relatividad general, por primera vez en cualquier sistema estelar ".

Willem van Straten (AUT):"Después de descartar una serie de posibles errores experimentales, empezamos a sospechar que la interacción entre la enana blanca y la estrella de neutrones no era tan simple como se suponía hasta la fecha ".