Un pulsar en un sistema estelar triple puede ayudar a desentrañar la verdadera naturaleza de la gravedad

Con el uso del Telescopio Green Bank (GBT) de la Fundación Nacional de Ciencias, un equipo de astrónomos ha descubierto un sistema estelar único, compuesto por dos estrellas enanas blancas y una estrella de neutrones superdensa, que se encuentran en una órbita de menor tamaño que la de la Tierra alrededor del Sol. La cercanía de las estrellas, así como su naturaleza, ha permitido que los científicos hagan mejores mediciones de las complejas interacciones gravitacionales en un sistema de este tipo.

El pulsar de milisegundo, en primer plano a la izquierda, es orbitado por una estrella enana blanca caliente (centro), los dos cuerpos a su vez están orbitados por otra enana blanca más lejana y fría (a la derecha). Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

El pulsar de milisegundo, en primer plano a la izquierda, es orbitado por una estrella enana blanca caliente (centro), los dos cuerpos a su vez están orbitados por otra enana blanca más lejana y fría (a la derecha). Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Además, los estudios detallados de este sistema pueden proporcionar una pista clave para resolver uno de los principales problemas pendientes de la física fundamental – la verdadera naturaleza de la gravedad.

“Este sistema triple nos da un laboratorio cósmico natural, mucho mejor que cualquier cosa que se haya encontrado antes, para aprender exactamente cómo funcionan estos sistemas de tres cuerpos y, potencialmente, para la detección de problemas con la relatividad general, que los físicos esperan encontrar en condiciones extremas”, dijo Scott Ransom de National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

El púlsar, situado a unos 4.200 años luz de la Tierra, gira casi 366 veces por segundo. Estos pulsares que giran rápidamente reciben el nombre de púlsares de milisegundo, y los astrónomos los pueden usar como herramientas de precisión para el estudio de una variedad de fenómenos, incluyendo la búsqueda de las esquivas ondas gravitacionales.

Al registrar con gran precisión el tiempo de llegada de los pulsos del púlsar, los científicos fueron capaces de calcular la geometría del sistema y las masas de las estrellas, con una precisión sin precedentes.

El sistema da a los científicos la mejor oportunidad para descubrir una violación de un concepto llamado el Principio de Equivalencia. Este principio establece que el efecto de la gravedad sobre un cuerpo no depende de la naturaleza o la estructura interna de ese cuerpo.

Los experimentos más famosos que ilustran el principio de equivalencia son el de Galileo, en el que se dice que dejó caer dos bolas de diferentes pesos desde la torre inclinada de Pisa, y el del Comandante David Scott, de Apolo 15, quien dejó caer un martillo y una pluma de halcón, cuando se encontraba de pie sobre la superficie sin aire de la Luna en 1971.

“Aunque la Teoría de la Relatividad General de Einstein hasta ahora ha sido confirmada por todos los experimentos, no es compatible con la teoría cuántica. Debido a eso, los físicos esperan que falle bajo condiciones extremas”, explicó Ransom. “Este sistema triple de estrellas compactas nos da una gran oportunidad para buscar una violación de una forma específica del principio de equivalencia llamado el Principio de Equivalencia Fuerte”, añadió.

Cuando explota una estrella masiva en forma de supernova y sus restos colapsan en una estrella de neutrones superdensa, parte de su masa se convierte en energía de enlace gravitacional que cohesiona a la estrella. El Principio Fuerte de Equivalencia dice que esta energía de enlace todavía reaccionará gravitacionalmente como si fuera masa. Prácticamente todas las alternativas a la relatividad general sostienen que no lo hará.

Bajo el principio fuerte de equivalencia, el efecto gravitatorio de la enana blanca externa sería idéntico, tanto para la enana blanca interior como para la estrella de neutrones. Si el principio fuerte de equivalencia no es válido en las condiciones de este sistema, el efecto gravitatorio de la estrella exterior en la enana blanca interior y en la estrella de neutrones sería ligeramente diferente, y las observaciones del pulsar de alta precisión lo podrían mostrar fácilmente.

Artículo científico: S. M. Ransom, I. H. Stairs, A. M. Archibald, J. W. T. Hessels, D. L. Kaplan, M. H. van Kerkwijk, J. Boyles, A. T. Deller, S. Chatterjee, A. Schechtman-Rook, A. Berndsen, R. S. Lynch, D. R. Lorimer, C. Karako-Argaman, V. M. Kaspi, V. I. Kondratiev, M. A. McLaughlin, J. van Leeuwen, R. Rosen, M. S. E. Roberts & K. Stovall. A millisecond pulsar in a stellar triple system. Nature (2014), doi:10.1038/nature12917

Fuente: National Radio Astronomy Observatory

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