Desafiando la mayor teoría de Einstein con estrellas extremas

Desafiando la mayor teoría de Einstein con estrellas extremas

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 a 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 la fecha.

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El estudio, publicado hoy en la revista Physical Review X, revela nuevos efectos relativistas que, aunque se esperan, ahora se han observado por primera vez.

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.

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“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 sobre la relatividad general como sea posible, para descubrir cómo y cuándo se rompe 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 los usaron para desafiar la teoría más famosa de Einstein con algunas de las pruebas más rigurosas hasta la fecha.

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El estudio, publicado hoy en la revista Physical Review X, revela nuevos efectos relativistas que, aunque se esperan, ahora se han observado por primera vez.

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.

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“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 sobre la relatividad general como sea posible, para descubrir cómo y cuándo se rompe 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.

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

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El profesor Kramer dijo: “Estudiamos un sistema de estrellas compactas que es un laboratorio sin igual para probar teorías de 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 las ondas gravitacionales, con una precisión que es 25 veces mejor que con el púlsar Hulse-Taylor ganador del Premio Nobel, y 1000 veces mejor que actualmente 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 no se podían estudiar antes».

Prof Benjamin Stappers, de la universidad de Manchester, dijo: “El descubrimiento del sistema de doble púlsar se realizó como parte de una encuesta codirigida por la Universidad de Manchester y nos presentó la única instancia conocida de dos relojes cósmicos que permiten medir con precisión la estructura y la evolución de una gravedad intensa. campo.

“El telescopio Lovell en el Observatorio del Banco Jodrell 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 observatorios de todo el mundo.»

El profesor Ingrid Stairs de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, dijo: “Seguimos la propagación de fotones de radio emitidos desde un faro cósmico, un púlsar, y rastreamos su movimiento en el fuerte campo gravitacional de un púlsar acompañante.

“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 por un pequeño ángulo de 0.04 grados que podemos detectar. Nunca antes se había llevado a cabo un experimento así con una curvatura tan alta en tiempos de espacio.»

El profesor Dick Manchester, de la agencia científica nacional de Australia, CSIRO, dijo: «El movimiento orbital tan rápido de objetos compactos como estos: son aproximadamente un 30 por ciento más masivos que el Sol, pero solo tienen unos 24 km de ancho, nos permite probar muchas predicciones diferentes de 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 debemos tener en cuenta la famosa ecuación E = mc² de Einstein 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 mil millones de miles (!) – de la masa del púlsar por segundo.»

Los investigadores también midieron, con una precisión de 1 parte en un millón (!) – que la órbita cambia su 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 está «arrastrado» con el púlsar giratorio.

Dr. Norbert Wex, del MPIfr, otro autor principal del estudio, dijo: “Los físicos llaman a esto el efecto Lense-Thirring o el arrastre de cuadros. En nuestro experimento significa que debemos considerar la estructura interna de un púlsar como una estrella de neutrones. “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 de 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 aumenta el valor extremo del experimento. En el pasado, estudios similares a menudo se veían obstaculizados por el conocimiento limitado de la distancia de dichos sistemas.»

Este no es el caso aquí, donde además del tiempo de 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 derivamos una imagen perfectamente consistente, que involucra física de muchas áreas diferentes, como física nuclear, gravedad, medio interestelar, plasma física y 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 telescopio Event Horizon.

“También complementan otros experimentos de púlsar, 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 y irán aún más lejos.

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

«Pruebas de gravedad de campo fuerte con el doble púlsar» se publica en Physical Review X el 13 de diciembre de 2021.

https://www.scientiststudy.com/2021/12/challenging-einsteins-greatest-theory.html?fbclid = IwAR0_fWO-1s9QFb5-Uf4AYJJaGiVEPDFdO57lXfl-0rdnIRpkBFHjOgGGloI

En este contexto, te invitamos a ver un video que desafía la mayor teoría de Einstein a través del estudio de estrellas extremas y sus implicaciones en el entendimiento del universo.

 

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