Confirman la universalidad de la caída libre a 4.200 años luz

Lo hicieron siguiendo con precisión el movimiento del púlsar PSR J0337 + 1715, una estrella de neutrones que es miembro de un inusual sistema de triple estrella.

Sus hallazgos, logrados mediante un nuevo método riguroso y una combinación de datos de radiotelescopio con la última información de los detectores de ondas gravitacionales, proporcionan la prueba más sólida de una de las predicciones más fundamentales de la relatividad general: que la gravedad atrae a todos los objetos con la misma aceleración, sin tener en cuenta su composición, densidad o la fuerza de su propio campo gravitacional.

En la constelación de Tauro

El pulsar PSR J0337 + 1715, ubicado en la constelación de Tauro, a 4.200 años luz de distancia, es una estrella de neutrones de 1,44 masas solares, que muestra pulsos de radio regulares a medida que gira 366 veces por segundo alrededor de su propio eje.

Es miembro de un sistema inusual de triple estrella, en interacción mutua con otras dos estrellas, ambas enanas blancas. Una enana blanca ya es bastante exótica: una estrella típicamente del tamaño de la Tierra con una densidad de muchos cientos de kilogramos por centímetro cúbico en su centro.

En comparación con las enanas blancas, una estrella de neutrones es realmente extrema, tiene más masa que el Sol aplastada en un diámetro de poco más de 20 kilómetros y alcanza densidades de más de mil millones de toneladas dentro del volumen de un terrón de azúcar.

El equipo de investigación, dirigido por Guillaume Voisin, utilizó el radiotelescopio de Nançay, ubicado en la región francesa de Sologne, para medir con precisión los tiempos de llegada de los pulsos de radio del PSR J0337 + 1715 durante un intervalo de tiempo de ocho años.

Los tiempos registrados muestran que las estrellas de neutrones y las enanas blancas caen con la misma aceleración.

Universalidad de la caída libre

Esta característica, conocida como la universalidad de la caída libre, se encuentra en la base de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

La universalidad de la caída libre es una característica única de la gravedad: a diferencia de todas las demás interacciones en la naturaleza, la gravedad atrae a todos los objetos materiales con la misma aceleración.

La prueba más precisa de la universalidad de la caída libre se obtuvo en 2017: un experimento desarrollado en el interior de un satélite orbitando la Tierra a 710 kilómetros de altitud comprobó que todos los cuerpos caen en el vacío a la misma velocidad, independientemente de su masa.

Se confirmaba así lo que había predicho Einstein: la gravedad es una manifestación del espacio-tiempo curvo que actúa sobre todas las masas de la misma manera, un concepto que está en el corazón de su teoría general de la relatividad.

Reconfirmado

En los últimos 500 años, este principio se ha comprobado multitud de veces.  Sin embargo, ni Galileo, ni Newton, ni sus sucesores, hasta la llegada de Einstein, habían comprendido este principio.

La explicación de Einstein es uno de los fundamentos de la Relatividad General. Hace tres años se confirmó con los datos de un satélite de 300 kilos orbitando la Tierra.

PSR J0337 + 1715 confirma ahora que la visión ingeniosa de Einstein también se aplica a objetos cósmicos tan extremos como las estrellas de neutrones, que se descubrieron por primera vez solo 50 años después de la publicación de la teoría de la relatividad general.

Confirmarlo con la precisión que aporta esta investigación “constituye una de las pruebas más estrictas de la teoría de Einstein jamás realizada, y la teoría pasa la prueba con gran éxito", explica el director de la investigación, Guillaume Voisin, en un comunicado.

"Además, los resultados también proporcionan restricciones muy estrictas sobre teorías alternativas de la gravedad, que compiten con la relatividad general de Einstein para explicar la gravedad y, por ejemplo, la energía oscura", concluye.

Referencia

An improved test of the strong equivalence principle with the pulsar in a triple star system. A&A, Volume 638, June 2020, Article Number A24. DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038104