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5 octubre 2022 3:17 am

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El IAC y la ULL obtienen una de las validaciones más amplias del Principio de Equivalencia de Einstein

Una de las bases que sustentan la Teoría de la Relatividad de Einstein es el denominado Principio de Equivalencia

La figura muestra un cúmulo de estrellas como los analizados en este trabajo. La luz emitida pierde energía al escapar del campo gravitatorio de cada estrella. Gabriel Pérez Días (IAC) 

Un nuevo trabajo liderado por científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad de La Laguna (ULL) ha conseguido medir el redshift gravitatorio en varios miles de estrellas de secuencia principal (donde las estrellas pasan el 90% de su vida) y estrellas gigantes, todas ellas localizadas en un centenar de cúmulos abiertos.

El estudio muestra el potencial de las grandes observaciones astronómicas para poner a prueba las leyes físicas y constatar su carácter universal. Los resultados se publican en la revista ‘The Astrophysical Journal‘.

Teoría de la Relatividad

La Teoría General de la Relatividad es uno de los pilares fundamentales de la física moderna. Una de las bases que sustentan la teoría de Einstein es el denominado Principio de Equivalencia. Este principio establece que la luz que escapa de una región con una fuerte gravedad pierde energía en su camino, haciendo que su longitud de onda se vuelva más roja. Este fenómeno se conoce como desplazamiento al rojo (o redshift) gravitatorio y su medida es un test fundamental de la gravitación.

Aunque la astrofísica proporciona una amplia variedad de condiciones físicas en las que el desplazamiento al rojo debería ser significativo, hasta hace muy poco la evidencia observacional de este efecto gravitacional se limitaba a la luz emitida por el Sol, las enanas blancas y los cuásares.

Principio de Equivalencia

El estudio liderado por científicos del IAC y de la ULL parte de la idea de utilizar observaciones astrofísicas para probar la validez de las leyes físicas, extendiendo las pruebas tanto en el espacio como en el tiempo cósmico, y en situaciones no alcanzables en un laboratorio como en campos gravitatorios varias decenas de veces más intensos que los existentes en la Tierra.

«El objetivo de nuestro trabajo ha sido medir el efecto que produce la gravedad de las estrellas en la luz que recibimos y comprobar si los resultados de dichas medidas están de acuerdo con lo que predice la teoría y, en particular, con el Principio de Equivalencia», explica el investigador del IAC y la ULL Carlos M. Gutiérrez, primer autor del artículo.

Los investigadores han estudiado estrellas que pertenecen a cúmulos estelares abiertos de la Vía Láctea. Comparten el mismo movimiento y han medido las diferencias en la energía de los fotones recibidos, según el tipo de estrella.

«Este efecto aumenta con la masa de la estrella y disminuye con su radio, de manera que los fotones emitidos por estrellas similares al Sol experimentan una pérdida de energía del orden de dos partes en un millón, mientras que para estrellas en fase de gigantes, con radios mucho mayores, este efecto es comparativamente mucho más pequeño», destaca Gutiérrez.

Extenso muestreo

Para el estudio se ha llevado a cabo un extenso muestreo, tomando como base un catálogo de siete millones de estrellas de la misión Gaia de la ESA. Así, han seleccionado cerca de 100 cúmulos abiertos y 8.000 estrellas distribuidos por toda la galaxia.

Para la investigadora del IAC y la ULL, Nataliya Ramos Chernenko, coautora del artículo, «este estudio supone un avance importante, ya que apenas existían estudios previos en estrellas ‘normales’ aparte del Sol». «Además es uno de los primeros estudios basados en estrellas no degeneradas, es decir, que no se encuentran en las etapas finales de su existencia, incluyendo estrellas enanas y gigantes, y en cúmulos abiertos», añade.

Además de obtener una de las validaciones más amplias de un concepto físico fundamental, el estudio también ha permitido confirmar que las estimaciones de masa y radio de las estrellas basadas en modelos teóricos son correctas. «Probar predicciones de la Relatividad General ayuda a descartar otras teorías de la gravedad que se han propuesto como alternativas para explicar el dominio de materia y energía oscura en el Universo, así como validar sistemas de navegación y de posicionamiento, como el GPS, que no funcionarían si no se tuviera en cuenta la teoría de Einstein», concluye Gutiérrez.

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