Más de 100 años después de que Albert Einstein publicara su teoría icónica de la relatividad general, está empezando a deshilacharse, dijo Andrea Ghez, profesora de física y astronomía de la UCLA. Ahora, en la prueba más completa de relatividad general cerca de lo monstruosoagujero negro en el centro de nuestra galaxia, Ghez y su equipo de investigación informan el 25 de julio en el diario ciencia que sostiene la teoría de la relatividad general de Einstein.
"Einstein tiene razón, al menos por ahora", dijo Ghez, coautor principal de la investigación. "Podemos descartar absolutamente la ley de gravedad de Newton. Nuestras observaciones son consistentes con la teoría de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, su teoríadefinitivamente muestra vulnerabilidad. No puede explicar completamente la gravedad dentro de un agujero negro, y en algún momento tendremos que ir más allá de la teoría de Einstein a una teoría de la gravedad más completa que explique qué es un agujero negro ".
La teoría de la relatividad general de Einstein de 1915 sostiene que lo que percibimos como fuerza de gravedad surge de la curvatura del espacio y el tiempo. El científico propuso que objetos como el Sol y la Tierra cambien esta geometría. La teoría de Einstein es la mejor descripción decómo funciona la gravedad, dijo Ghez, cuyo equipo de astrónomos dirigido por la UCLA ha realizado mediciones directas del fenómeno cerca de un agujero negro supermasivo, según la investigación que Ghez describe como "astrofísica extrema".
Las leyes de la física, incluida la gravedad, deberían ser válidas en todas partes del universo, dijo Ghez, quien agregó que su equipo de investigación es uno de los dos únicos grupos en el mundo que observa a una estrella conocida como S0-2 hacer una órbita completa entres dimensiones alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. La órbita completa tarda 16 años, y la masa del agujero negro es aproximadamente cuatro millones de veces mayor que la del sol.
Los investigadores dicen que su trabajo es el estudio más detallado jamás realizado en el agujero negro supermasivo y la teoría de la relatividad general de Einstein.
Los datos clave en la investigación fueron espectros que el equipo de Ghez analizó en abril, mayo y septiembre cuando su "estrella favorita" se acercó más al enorme agujero negro. Spectra, que Ghez describió como el "arco iris de luz" de las estrellas, muestran la intensidad de la luz y ofrecen información importante sobre la estrella desde la que viaja la luz. Los espectros también muestran la composición de la estrella. Estos datos se combinaron con las mediciones que Ghez y su equipo han realizado en los últimos 24 años.
Los espectros, recopilados en el Observatorio WM Keck en Hawai utilizando un espectrógrafo construido en UCLA por un equipo dirigido por su colega James Larkin, proporcionan la tercera dimensión, revelando el movimiento de la estrella a un nivel de precisión que no se había alcanzado previamente. Imágenes dela estrella que los investigadores tomaron en el Observatorio Keck proporciona las otras dos dimensiones. El instrumento de Larkin toma la luz de una estrella y la dispersa, de forma similar a como las gotas de lluvia dispersan la luz del sol para crear un arco iris, dijo Ghez.
"Lo que es tan especial acerca de S0-2 es que tenemos su órbita completa en tres dimensiones", dijo Ghez, quien ocupa la Cátedra Lauren B. Leichtman y Arthur E. Levine en Astrofísica. "Eso es lo que nos da el boleto de entrada alpruebas de la relatividad general. Preguntamos cómo se comporta la gravedad cerca de un agujero negro supermasivo y si la teoría de Einstein nos cuenta la historia completa. Ver a las estrellas pasar por su órbita completa brinda la primera oportunidad de probar la física fundamental utilizando los movimientos de estas estrellas ".
El equipo de investigación de Ghez pudo ver la combinación de espacio y tiempo cerca del agujero negro supermasivo. "En la versión de gravedad de Newton, el espacio y el tiempo están separados y no se mezclan; bajo Einstein, se vuelven completamente confusos-mezclado cerca de un agujero negro ", dijo.
"Hacer una medición de tanta importancia fundamental ha requerido años de observación del paciente, gracias a la tecnología de punta", dijo Richard Green, director de la división de ciencias astronómicas de la National Science Foundation. Durante más de dos décadas,la división ha apoyado a Ghez, junto con varios de los elementos técnicos críticos para el descubrimiento del equipo de investigación. "A través de sus esfuerzos rigurosos, Ghez y sus colaboradores han producido una validación de gran importancia de la idea de Einstein sobre la gravedad fuerte".
El Director del Observatorio de Keck, Hilton Lewis, llamó a Ghez "uno de nuestros usuarios de Keck más apasionados y tenaces". "Su última investigación innovadora", dijo, "es la culminación de un compromiso inquebrantable en las últimas dos décadas para descubrir los misterios de los supermasivosagujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea "
Los investigadores estudiaron fotones, partículas de luz, mientras viajaban de S0-2 a la Tierra. S0-2 se mueve alrededor del agujero negro a velocidades de más de 16 millones de millas por hora en su aproximación más cercana. Einstein había informadoque en esta región cercana al agujero negro, los fotones tienen que hacer un trabajo extra. Su longitud de onda al salir de la estrella depende no solo de qué tan rápido se mueva la estrella, sino también de cuánta energía gastan los fotones para escapar del poderoso agujero negro.campo gravitacional: cerca de un agujero negro, la gravedad es mucho más fuerte que en la Tierra.
Ghez tuvo la oportunidad de presentar datos parciales el verano pasado, pero decidió no hacerlo para que su equipo pudiera analizar a fondo los datos primero. "Estamos aprendiendo cómo funciona la gravedad. Es una de las cuatro fuerzas fundamentales y la que hemos probadoal menos ", dijo." Hay muchas regiones en las que simplemente no hemos preguntado, ¿cómo funciona la gravedad aquí? Es fácil estar demasiado confiado y hay muchas formas de malinterpretar los datos, muchas formas en que pequeños errores pueden acumularse en importanteserrores, por eso no apuramos nuestro análisis "
Ghez, que recibió en 2008 la beca MacArthur "Genius", estudia más de 3.000 estrellas que orbitan el agujero negro supermasivo. Cientos de ellas son jóvenes, dijo, en una región donde los astrónomos no esperaban verlas.
Los fotones de S0-2 tardan 26,000 años en llegar a la Tierra. "Estamos muy emocionados y nos hemos estado preparando durante años para realizar estas mediciones", dijo Ghez, quien dirige el Grupo del Centro Galáctico de la UCLA. "Para nosotros, es visceral, es ahora, ¡pero en realidad sucedió hace 26,000 años! "
Esta es la primera de muchas pruebas de relatividad general que el equipo de investigación de Ghez llevará a cabo en estrellas cercanas al agujero negro supermasivo. Entre las estrellas que más le interesan está S0-102, que tiene la órbita más corta, tardando 11 1/2 años encompletar una órbita completa alrededor del agujero negro. La mayoría de las estrellas que Ghez estudia tienen órbitas mucho más largas que una vida humana.
El equipo de Ghez tomó mediciones aproximadamente cada cuatro noches durante períodos cruciales en 2018 usando el Observatorio Keck, que se encuentra en la cima del volcán inactivo Mauna Kea de Hawai y alberga uno de los telescopios ópticos e infrarrojos más grandes y más importantes del mundo. Las mediciones también se toman con una ópticatelescópico infrarrojo en el Observatorio Gemini y el Telescopio Subaru, también en Hawái. Ella y su equipo han utilizado estos telescopios tanto en el sitio en Hawái como remotamente desde una sala de observación en el departamento de física y astronomía de la UCLA.
Los agujeros negros tienen una densidad tan alta que nada puede escapar de su atracción gravitacional, ni siquiera la luz. No se pueden ver directamente, pero su influencia en las estrellas cercanas es visible y proporciona una firma. Una vez que algo cruza el "horizonte de eventos" de unagujero negro, no podrá escapar. Sin embargo, la estrella S0-2 todavía está bastante lejos del horizonte de eventos, incluso en su aproximación más cercana, por lo que sus fotones no son atraídos.
Los coautores de Ghez incluyen Tuan Do, autor principal de la ciencia artículo, científico investigador de la UCLA y subdirector del Grupo del Centro Galáctico de la UCLA; Aurelien Hees, un ex investigador postdoctoral de la UCLA, ahora investigador en el Observatorio de París; Mark Morris, profesor de física y astronomía de la UCLA; Eric Becklin, profesor de la UCLAemérito de física y astronomía; Smadar Naoz, profesor asistente de física y astronomía de UCLA; Jessica Lu, una ex estudiante graduada de UCLA que ahora es profesora asistente de astronomía de UC Berkeley; estudiante graduado de UCLA Devin Chu; Greg Martinez, científico del proyecto UCLA; ShokoSakai, investigador científico de la UCLA; Shogo Nishiyama, profesor asociado de la Universidad de Educación de Miyagi en Japón; y Rainer Schoedel, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía de España.
La National Science Foundation ha financiado la investigación de Ghez durante los últimos 25 años. Más recientemente, su investigación también ha sido apoyada por la Fundación WM Keck, la Fundación Gordon y Betty Moore y la Fundación Heising-Simons.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Original escrito por Stuart Wolpert. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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