Un astrónomo aficionado usa el eclipse de agosto de 2017 para confirmar a Einstein

Dibujo20180205 eclipse image with 0p62 seconds exposure arxiv 1802.00343

El astrónomo aficionado Donald G. Bruns ha usado el eclipse total del 21 de agosto de 2017 para verificar la teoría general de la relatividad de Einstein. Mediante un telescopio refractor y una cámara CCD ha obtenido 45 imágenes en 22 segundos. Las 20 estrellas en el campo observado muestran una desviación normalizada L = 1,752 segundos de arco, a solo un 0,05% de la predicción teórica L = 1,751 segundos de arco. Por desgracia, el error sistemático estimado es del 3,4%, luego, en rigor, el valor obtenido es L = 1,75 ± 0,06 segundos de arco. Por fortuna, es la medida más precisa hasta hoy usando eclipses.

El verano pasado muchos me preguntaron si no había astrónomos profesionales emulando a Sir Arthur Eddington. Como afirmé entonces, hoy no tiene ningún interés científico, pues el experimento no es competitivo con los resultados usando satélites (Hipparcos logró una precisión del 0,2% y Gaia se espera que logre el 0,0001%). Como solo tiene interés histórico, ya que el eclipse de 1919 hizo famoso a Einstein, solo un inquieto astrónomo aficionado como Bruns se ha atrevido a aprovechar el eclipse total. Su premio es que otros aficionados seguirán sus pasos en los eclipses de 2024 y 2027, que permitirán reducir el error sistemático por debajo del 2%.

El artículo, si te interesan los detalles, es Donald G. Bruns, “Gravitational Starlight Deflection Measurements during the 21 August 2017 Total Solar Eclipse,” arXiv:1802.00343 [astro-ph.IM]. Quizás alguno recuerde haber leído sobre los preparativos en Donald G. Bruns, “My Do-It-Yourself Relativity Test,” Sky & Telescope, 09 Jun 2016.

Por cierto, recomiendo leer en este blog “El eclipse de 1919, la teoría de Einstein y el eclipse de 2017″, LCMF, 21 Ago 2017, donde menciono que un astrónomo profesional estimó que el error podría llegar a reducirse a menos del 2,3%; en concreto, Bradley E. Schaefer, “The Eddington Experiment during the 2017 Total Solar Eclipse Will Improve On Prior Work by Near Two Orders of Magnitude,” American Astronomical Society, AAS Meeting #230 (Jun 2017), SAO/NASA ADS.

Dibujo20180205 relative value of the deflection coefficient in general relativity arxiv 18020 0343

Esta figura muestra los resultados (para la desviación relativa) obtenidos en experimentos previos. Hasta 1973 se usaron eclipses (puntos rojos marcados con Optical), pero presentan grandes bandas de error sistemático. Las medidas más precisas se obtienen con radio (puntos azules), interferometría VLBI (puntos verdes) y mediante satélites (solo se muestra la de Hipparcos). Obviamente, ningún astrónomo profesional usará eclipses hoy en día; un método reservado a los aficionados.

Dibujo20180205 setup location and NP101is refractor and ML8051 CCD camera arxiv 1802.00343

Bruns realizó el experimento en el campamento Allen H. Stewart Lions, Casper Mountain, Wyoming, a una altitud sobre el nivel del mar de 2390 metros. Gracias a ello se reduce el efecto de la turbulencia atmosférica (por ello ha obtenido el valor con menor error sistemático con este método). Para el análisis de las imágenes (determinar la posición del centroide de cada estrella) usó los programas informáticos comerciales Astrometrica y MaxIm DL (Diffraction Limited).

Dibujo20180205 stars 20 used in the deflection measurements arxiv 1802 00343

Se han observado 20 estrellas en el campo de visión, 18 de ellas fuera de la corona solar (círculos negros) y 2 en su interior (círculos blancos); el área de los círculos indica la estimación del error en la posición del centroide de la estrella usada por Bruns. La desviación para todas ellas obtenida con Astrometrica es de 1,7338 segundos de arco y con MaxIm DL de 1,7658 segundos de arco. La media de ambos valores resulta en 1,7520 segundos de arco; nota que los cuatro dígitos decimales se basan en el error estadístico y no tienen en cuenta el error sistemático (que depende sobre todo de la turbulencia atmosférica que se estima mediante una calibración usando estrellas a la izquierda y a la derecha del Sol).

Dibujo20180205 deflection measurements 20 stars vs radial distance from Sun arxiv 1802 00343

Esta figura compara las desviaciones observadas en función de la distancia al Sol en radios solares. La predicción teórica es la línea continua. Los círculos son las medidas obtenidas con el eclipse de 1973. Los cuadrados y los triángulos negros son las medidas con el eclipse de 2017 usando Astrometrica y MaxIm DL, resp. Por supuesto, en esta figura se omiten las bandas de error. En rigor, toda medida debe ser acompañada por un análisis de los errores, tanto estadísticos como sistemáticos.

La estimación de Bruns de los errores sistemáticos arroja un valor para el error total (posición más turbulencia) del 3,4%. Quizás un astrónomo profesional (usando los mismos instrumentos de medida) pudiera haber obtenido un valor un poco mejor, pero no creo que lograse un error inferior al 3%. Aún así, el error del 3,4% es el menor obtenido hasta ahora en una medida usando eclipses. Lo que indica que la labor de Bruns ha conducido a un resultado realmente reseñable (aunque, por supuesto, quizás haya dudas entre los expertos sobre si su estimación es del todo rigurosa).

En resumen, que un astrónomo aficionado, con medios modernos, use un eclipse para medir la desviación de la posición de las estrellas en un eclipse y obtenga un resultado con un 3,4% de error es espectacular. Sin embargo, desde el punto de vista científico, dicho valor no es más que una curiosidad. Hay procedimientos mucho más precisos que no necesitan recurrir a un eclipse.


14 Comentarios

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Guillermo Abramson

Buenísimo. Tengo pensado hacerlo. Pero no es necesario esperar hasta 2024. En 2019 y 2020 hay eclipses totales. Ambos pasan muy cerca mío, así que no tengo excusa.

Francisco R. Villatoro

Guillermo, la clave es que haya suficientes estrellas brillantes en el entorno del Sol eclipsado; creo recordar que son 18 en 2024 y 30 en 2027, pero muchas menos en 2019 y 2020. Lo ideal es 2027.

Henry Nicole González RamírezHenry Nicole González Ramírez

Muy buen trabajo del señor Bruns. Sin duda una buena aproximación para confirmar a Einstein.

GerardoGerardo

Aunque “en teoria” la medida es trivial, en el sentido de que se supone que vas a obtener algo conocido y no mejor que las medidas anteriores, nunca esta de más en realizar la medida si sabes hacerlo y tienes la posibilidad (y tal vez la paciencia).

No sabes si de tu medida va a salir alguna serendipia que te va a inmortalizar, y los demás solo podran decir “por que no se me ocurrió a mi….”

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Es interesante el tema sobre por qué los aficionados a la astronomía -y a la ciencia en general- se molestan tanto en observar o experimentar lo ya observado y experimentado de mejor manera y más precisa por los profesionales… Quizás exista algo así como una necesidad de verlo, tocarlo y hacerlo uno mismo… Ver las lunas galileanas por el ocular de un telescopio, obtener una imagen de los cráteres lunares con una CCD, observar las las limaduras de hierro en torno a un imán, la difracción de un lápiz en un vaso con agua y aceite, las células de una cebolla al microscopio… Mientras los científicos intentan descifrar el universo, los aficionados queremos saborearlo. Quizás sea una pulsión humana, al fin y al cabo, que tenemos desde bebés…

Danbat

No soy de comentar en este blog pero tuve la pulsión de hacerlo en este post y justo veo que tu comentario es lo que pensaba escribir. Sí, hoy hay maneras más precisas de medir algo que ya está consensuado, pero una de las patas de la ciencia es poder repetir los experimentos y conseguir los mismos resultados. Está bien que hayan satélites más exactos, pero que hoy cualquier aficionado con un equipo razonable pueda confirmar la Relatividad sirve para demostrar que la ciencia no es un dogma y que no está reservado a seres iluminados como, lamentablemente, muchos así lo entienden. Todos hemos hecho experimentos en la escuela y fuera de ella comprobando lo que dicen los libros. ¿Por qué? Porque tenemos que tocarlo, ver que es algo real, que está ahí, que funciona. Para mi es la mejor arma que tenemos contra los magufos.

PelauPelau

Epa, epa, momentito que yo también pude hacer funcionar mi plato volador. El condenado cacharro tenía puestas las baterías AAA al revés, eso era todo :)

Ahora en serio, para empezar a tener una idea de la importancia de la astronomía amateur (y España es potencia mundial en la materia) vale la pena escuchar al astrofísico Ángel López-Sánchez (@El_Lobo_Rayado) en este episodio de Coffee Break:
http://vivaldi.ll.iac.es/proyecto/co...eak/?p=1285

Saludos.

Martín MonteiroMartín Monteiro

Muy buena reseña Francis. Creo que el excelente trabajo de este aficionado no sólo sí es de interés científico por cuanto es parte de un proceso mucho más amplio de la ciencia, que es hacerse parte del pueblo. Este aficionado muestra que lo que hace un siglo era exclusividad de una elite y de grandes científicos como Eddington, hoy son accesibles a casi cualquier aficionado a la ciencia que se lo proponga. Y eso es parte del avance de la ciencia, la popularización y apropiación de la ciencia en todos los niveles. Felicitaciones a Bruns.

DaríoDarío

¿Habrá tenido en cuenta este aficionado la refracción de la luz en la capa de gases que rodean al Sol, es decir, en lo que suele denominarse la “atmósfera solar”?

Astrónomos como H. F. Newall y C. L. Poor ya le reprocharon a Eddington (un auténtico “fan” de la Relatividad) el haber despreciado la incidencia de este conocido fenómeno en su experimento de 1919. La refracción desviaría la luz procedente de las estrellas, al pasar cerca del Sol, en la misma dirección que la predicción relativista de Einstein, por lo que tendría que ser la causante, al menos, de una parte de la desviación observada y medida.

Un saludo.

DaríoDarío

Por lo que he visto en el artículo de arXiv, se hizo una corrección en base a la “atmospheric refraction”, pero parece referirse a la refracción en la atmósfera terrestre, que obviamente también se tiene que producir.

Francisco R. Villatoro

Gracias, Anónimo, quizás tenía que haber puesto “Hipparcos logró” en lugar de “Hipparcos logra” (lo cambio, por claridad). Por otro lado, mi estimación para la precisión de Gaia aparece en muchas fuentes; en varios artículos no se mencionan dichos problemas de contaminación lumínica, como Mariateresa Crosta, Andrea Geralico, …, Alberto Vecchiato, “General relativistic observable for gravitational astrometry in the context of the Gaia mission and beyond,” Phys. Rev. D 96: 104030 (17 Nov 2017), doi: 10.1103/PhysRevD.96.104030, o A. Hees, C. Le Poncin-Lafitte, …, P. David, “Local tests of gravitation with Gaia observations of Solar System Objects,” arXiv:1709.05329 [gr-qc].

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