La teoría de la relatividad general de Einstein ha resistido 100 años de escrutinio experimental. Sin embargo, estas pruebas no limitan qué tan bien los campos gravitacionales muy fuertes producidos por la fusión de estrellas de neutrones obedecen a esta teoría. Nuevo, Las técnicas más sofisticadas ahora pueden buscar desviaciones de la relatividad general con una sensibilidad sin precedentes. Los científicos de los Institutos Max Planck de Física Gravitacional y de Radioastronomía estudiaron dos herramientas principales para probar el régimen de campo fuerte de la gravedad:la sincronización del púlsar y las observaciones de ondas gravitacionales, y demostraron cómo la combinación de estos métodos puede poner teorías alternativas de la relatividad general a la prueba.

Solo recientemente, Las estrellas de neutrones se han observado a través de ondas gravitacionales. El 17 de agosto 2017, la red de detectores LIGO-Virgo midió las ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Estos objetos exóticos están hechos de materia increíblemente densa; una estrella de neutrones típica pesa hasta el doble de nuestro Sol, pero tiene un diámetro de sólo 20 kilómetros. Este año marca el 50 aniversario de la primera observación de estrellas de neutrones, como púlsares. La naturaleza precisa de una materia tan densa ha sido un misterio durante décadas.

Los autores investigaron teorías de la gravedad en las que los campos gravitacionales fuertes dentro de las estrellas de neutrones difieren de los predichos por la relatividad general. Esta desviación de campo fuerte hace que los sistemas binarios irradien energía y se fusionen más rápidamente que en la relatividad general, un comportamiento que debería verse en las observaciones de estrellas de neutrones.

"La aceleración gravitacional en la superficie de una estrella de neutrones es aproximadamente 2 × 1011 veces mayor que la de la Tierra, lo que los convierte en objetos excelentes para estudiar la relatividad general de Einstein y las teorías alternativas en el régimen de campo fuerte, "explica el Dr. Lijing Shao, autor principal del estudio. "En una investigación sistemática con tecnologías de sincronización de púlsar, pudimos imponer restricciones a una clase de teorías de la gravedad alternativas que muestran por primera vez en detalle cómo dependen de la física de la materia extremadamente densa que contienen ". Esto se codifica como la" ecuación de estado "de las estrellas de neutrones, que es aún incierto.

Shao, que era un postdoctorado en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein / AEI) cuando trabajó en el proyecto y escribió el artículo, se mudó al Instituto Max Planck de Radioastronomía en septiembre de 2017. Él y sus colegas estudiaron once posibles ecuaciones de estado para cinco sistemas de pulsar binarios, cada uno de ellos una combinación de una estrella de neutrones y una enana blanca. Descubrieron que las mejores restricciones actuales sobre la gravedad modificada de los púlsares binarios tienen huecos que los detectores de ondas gravitacionales podrían llenar. "Durante la segunda ejecución de observación, LIGO y Virgo ya han demostrado que son lo suficientemente sensibles como para detectar estrellas de neutrones binarias, y su sensibilidad mejorará aún más en los próximos años cuando se logre la configuración avanzada de LIGO y Virgo, "dice el estudiante de doctorado Noah Sennett, segundo autor del artículo. "Los detectores LIGO-Virgo pronto pueden descubrir sistemas de estrellas de neutrones binarios con masas adecuadas que podrían mejorar las restricciones establecidas por las pruebas de púlsar binario para ciertas ecuaciones de estado y así poner la relatividad general de Einstein y las teorías alternativas a una prueba cualitativamente nueva, "dice la profesora Alessandra Buonanno, director de la división de Relatividad Astrofísica y Cosmológica del AEI en Potsdam y coautor del artículo.

Los futuros detectores de ondas gravitacionales como el Telescopio Einstein mejorarán aún más estas pruebas y eventualmente cerrarán la brecha en las limitaciones actuales. Las pruebas complementarias de gravedad de campo fuerte se convertirán en una realidad en un futuro próximo.