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Desafiando la mayor teoría de Einstein con estrellas extremas

Fecha :
13 de diciembre de 2021
Fuente :
Universidad de East Anglia
Resumen :
Los investigadores han realizado un experimento de 16 años para desafiar la teoría de la relatividad general de Einstein. El equipo internacional observó las estrellas, un par de estrellas extremas llamadas púlsares para ser precisos, a través de siete radiotelescopios en todo el mundo. Y utilizaronellos para desafiar la teoría más famosa de Einstein con algunas de las pruebas más rigurosas hasta ahora. El estudio revela nuevos efectos relativistas que, aunque esperados, ahora se han observado por primera vez.
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HISTORIA COMPLETA

Investigadores de la Universidad de East Anglia y la Universidad de Manchester han ayudado a realizar un experimento de 16 años para desafiar la teoría de la relatividad general de Einstein.

El equipo internacional miró las estrellas, un par de estrellas extremas llamadas púlsares para ser precisos, a través de siete radiotelescopios en todo el mundo.

Y los usaron para desafiar la teoría más famosa de Einstein con algunas de las pruebas más rigurosas hasta el momento.

El estudio, publicado hoy en la revista Revisión física X , revela nuevos efectos relativistas que, aunque esperados, ahora se han observado por primera vez.

El Dr. Robert Ferdman, de la Escuela de Física de la UEA, dijo: "Tan espectacularmente exitosa como ha demostrado ser la teoría de la relatividad general de Einstein, sabemos que esa no es la última palabra en la teoría gravitacional.

"Más de 100 años después, los científicos de todo el mundo continúan sus esfuerzos para encontrar fallas en su teoría.

"La relatividad general no es compatible con las otras fuerzas fundamentales, descritas por la mecánica cuántica. Por lo tanto, es importante continuar colocando las pruebas más estrictas posibles sobre la relatividad general, para descubrir cómo y cuándo se derrumba la teoría.

"Encontrar cualquier desviación de la relatividad general constituiría un descubrimiento importante que abriría una ventana a la nueva física más allá de nuestra comprensión teórica actual del Universo.

"Y puede ayudarnos a eventualmente a descubrir una teoría unificada de las fuerzas fundamentales de la naturaleza".

Dirigido por Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, el equipo internacional de investigadores de diez países, sometió la teoría de Einstein a las pruebas más rigurosas hasta el momento.

El Dr. Ferdman dijo: "A pulsar es una estrella compacta giratoria altamente magnetizada que emite rayos de radiación electromagnética fuera de sus polos magnéticos.

"Pesan más que nuestro sol, pero solo tienen unas 15 millas de ancho, por lo que son objetos increíblemente densos que producen rayos de radio que barren el cielo como un faro.

"Estudiamos un púlsar doble, que fue descubierto por miembros del equipo en 2003 y presenta el laboratorio más preciso que tenemos actualmente para probar la teoría de Einstein. Por supuesto, su teoría fue concebida cuando ni este tipo de estrellas extremas, ni eltécnicas utilizadas para estudiarlos, podrían imaginarse. "

El púlsar doble consta de dos púlsares que se orbitan entre sí en solo 147 minutos con velocidades de aproximadamente 1 millón de km / h. Un púlsar gira muy rápido, aproximadamente 44 veces por segundo. El compañero es joven y tiene un período de rotación de2.8 segundos. Es su movimiento uno alrededor del otro lo que puede usarse como un laboratorio de gravedad casi perfecto.

Se utilizaron siete radiotelescopios sensibles para observar este doble púlsar: en Australia, EE. UU., Francia, Alemania, los Países Bajos y el Reino Unido el radiotelescopio Lovell.

El profesor Kramer dijo: "Estudiamos un sistema de estrellas compactas que es un laboratorio incomparable para probar las teorías de la gravedad en presencia de campos gravitacionales muy fuertes.

"Para nuestro deleite, pudimos probar una piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por ondas gravitacionales, con una precisión 25 veces mejor que con el púlsar Hulse-Taylor, ganador del Premio Nobel, y 1000 veces mejor que la actual.posible con detectores de ondas gravitacionales. "

Explicó que las observaciones no solo están de acuerdo con la teoría, "sino que también pudimos ver efectos que antes no se podían estudiar".

El profesor Benjamin Stappers, de la Universidad de Manchester, dijo: "El descubrimiento del sistema de púlsar doble se hizo como parte de una encuesta codirigida por la Universidad de Manchester y nos presentó el único caso conocido de dos relojes cósmicos quepermiten la medición precisa de la estructura y evolución de un campo gravitacional intenso.

"El Telescopio Lovell en el Observatorio de Jodrell Bank lo ha estado monitoreando cada dos semanas desde entonces. Esta larga línea de base de observaciones frecuentes y de alta calidad proporcionó un excelente conjunto de datos para combinar con los de los observatorios de todo el mundo".

La profesora Ingrid Stairs de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, dijo: "Seguimos la propagación de fotones de radio emitidos por un faro cósmico, un púlsar, y rastreamos su movimiento en el fuerte campo gravitacional de un púlsar compañero.

"Vemos por primera vez cómo la luz no solo se retrasa debido a una fuerte curvatura del espacio-tiempo alrededor del compañero, sino también que la luz se desvía en un pequeño ángulo de 0,04 grados que podemos detectar. Nunca antes habíase ha realizado un experimento con una curvatura espaciotemporal tan alta ".

El profesor Dick Manchester de la agencia científica nacional de Australia, CSIRO, dijo: "Un movimiento orbital tan rápido de objetos compactos como estos, son aproximadamente un 30 por ciento más masivos que el Sol pero solo unos 24 km de diámetro, nos permite probarmuchas predicciones diferentes de la relatividad general, ¡siete en total!

"Aparte de las ondas gravitacionales y la propagación de la luz, nuestra precisión también nos permite medir el efecto de la" dilatación del tiempo "que hace que los relojes funcionen más lentamente en los campos gravitacionales.

"Incluso necesitamos tomar la famosa ecuación de Einstein E = mc 2 en cuenta al considerar el efecto de la radiación electromagnética emitida por el púlsar de giro rápido sobre el movimiento orbital.

"¡Esta radiación corresponde a una pérdida de masa de 8 millones de toneladas por segundo! Si bien esto parece mucho, es solo una pequeña fracción - 3 partes en mil billones de billones ! - de la masa del púlsar porsegundo."

Los investigadores también midieron, con una precisión de 1 parte en un millón !, Que la órbita cambia de orientación, un efecto relativista también conocido desde la órbita de Mercurio, pero aquí 140.000 veces más fuerte.

Se dieron cuenta de que a este nivel de precisión también deben considerar el impacto de la rotación del púlsar en el espacio-tiempo circundante, que es "arrastrado" con el púlsar giratorio.

El Dr. Norbert Wex del MPIfR, otro autor principal del estudio, dijo: "Los físicos llaman a esto el efecto Lense-Thirring o frame-dragging. En nuestro experimento, significa que debemos considerar la estructura interna de un púlsar como unestrella neutrón.

"Por lo tanto, nuestras mediciones nos permiten por primera vez utilizar el seguimiento de precisión de las rotaciones de la estrella de neutrones, una técnica que llamamos sincronización del púlsar para proporcionar restricciones en la extensión de una estrella de neutrones".

La técnica de sincronización de púlsar se combinó con cuidadosas mediciones interferométricas del sistema para determinar su distancia con imágenes de alta resolución, lo que resultó en un valor de 2400 años luz con solo un margen de error del 8 por ciento.

El miembro del equipo, el profesor Adam Deller, de la Universidad de Swinburne en Australia y responsable de esta parte del experimento, dijo: "Es la combinación de diferentes técnicas de observación complementarias lo que se suma al valor extremo del experimento. En el pasado, se realizaron estudios similaresa menudo obstaculizado por el conocimiento limitado de la distancia de tales sistemas ".

Este no es el caso aquí, donde además de la sincronización del púlsar y la interferometría, también se tuvo en cuenta cuidadosamente la información obtenida de los efectos debidos al medio interestelar.

El profesor Bill Coles de la Universidad de California en San Diego está de acuerdo: "Recopilamos toda la información posible sobre el sistema y obtuvimos una imagen perfectamente consistente, que involucra la física de muchas áreas diferentes, como la física nuclear, la gravedad, el medio interestelar, la física del plasmay más. Esto es bastante extraordinario ".

Paulo Freire, también de MPIfR, dijo: "Nuestros resultados son muy complementarios a otros estudios experimentales que prueban la gravedad en otras condiciones o ven diferentes efectos, como detectores de ondas gravitacionales o el Event Horizon Telescope.

"También complementan otros experimentos de púlsares, como nuestro experimento de sincronización con el púlsar en un sistema triple estelar, que ha proporcionado una prueba independiente y excelente de la universalidad de la caída libre".

El profesor Kramer agregó: "Hemos alcanzado un nivel de precisión sin precedentes. Los experimentos futuros con telescopios aún más grandes pueden ir más allá y lo harán.

"Nuestro trabajo ha demostrado la forma en que deben realizarse tales experimentos y qué efectos sutiles deben tenerse en cuenta ahora. Y, tal vez, algún día encontremos una desviación de la relatividad general".

"Pruebas de gravedad de campo fuerte con Double Pulsar" se publica en Revisión física X el 13 de diciembre de 2021.


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad de East Anglia . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. M. Kramer, IH Stairs, RN Manchester, N. Wex, AT Deller, WA Coles, M. Ali, M. Burgay, F. Camilo, I. Cognard, T. Damour, G. Desvignes, RD Ferdman, PCCFreire, S. Grondin, L. Guillemot, GB Hobbs, G. Janssen, R. Karuppusamy, DR Lorimer, AG Lyne, JW McKee, M. McLaughlin, LE Münch, BBP Perera, N. Pol, A. Possenti, J.Sarkissian, BW Stappers, G. Theureau. Pruebas de gravedad de campo fuerte con Double Pulsar . Revisión física X , 2021; 11 4 DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.041050

cite esta página :

Universidad de East Anglia. "Desafiando la mayor teoría de Einstein con estrellas extremas". ScienceDaily. ScienceDaily, 13 de diciembre de 2021. .
Universidad de East Anglia. 2021, 13 de diciembre. Desafiando la mayor teoría de Einstein con estrellas extremas. ScienceDaily . Obtenido el 13 de diciembre de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/12/211213111706.htm
Universidad de East Anglia. "Desafiando la mayor teoría de Einstein con estrellas extremas". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/12/211213111706.htm consultado el 13 de diciembre de 2021.

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