Un test de precisión extragaláctico de la relatividad general

La teoría de la relatividad general de Einstein describe la gravitación. La mayoría de los tests de precisión de esta teoría se han obtenido a escala del sistema solar. Usando el efecto de lente gravitacional se pueden realizar tests de precisión extragalácticos. Se publica en Science el uso de la lente gravitacional cercana ESO 325-G004 para estudiar la gravitación de Einstein en el régimen de campo débil; en concreto, se ha estimado que el cociente entre la curvatura espacial y la masa total normalizada es de γ = 0.97 ± 0.09 al 68% C.L. (cuando la teoría de Einstein predice γ = 1). Para ello se ha usado la relación entre el radio del anillo de Einstein y la masa de la lente gravitacional.

Para un campo gravitacional débil, la métrica del espaciotiempo está caracterizada por dos potenciales, el potencial newtoniano Φ y el potencial de curvatura espacial Ψ. En concreto, ds² = a²(τ) [ −(1+2 Φ) dτ² + (1−2 Ψ) gij dxi dxj ], donde τ es la coordenada temporal conforme, a(τ) es el factor de escala del universo, gij es la métrica espacial en coordenadas xi. En relatividad general se cumple que γ = Ψ/Φ = 1, sin embargo, en algunas teorías alternativas para la gravitación se predice γ ≠ 1. Por ello, chequear mediante observaciones este parámetro permite obtener tests de precisión de la relatividad general. En el sistema solar, la misión Cassini ha logrado verificar que γ = 1 + (2.1 ± 2.3) × 10–5. En escalas extragalácticas las medidas más precisas están dominadas por los errores sistemáticos, γ = 0.995 ± 0.04 (stat.) ± 0.25 (syst.) al 68% C.L. (con errores superiores al 20%), de ahí la relevancia del nuevo resultado.

El artículo es Thomas E. Collett, Lindsay J. Oldham, …, Remco van den Bosch, “A precise extragalactic test of General Relativity,” Science 360: 1342-1346 (22 Jun 2018), doi: 10.1126/science.aao2469;

Se ha usado como lente gravitacional la galaxia ESO 325-G004, que está “cerca” con un desplazamiento al rojo de solo z = 0.035. Las imágenes del telescopio espacial Hubble (HST) de esta galaxia muestran un anillo de Einstein con un radio de 2.95 segundos de arco. La fuente es una galaxia “lejana” con z = 2.1. La distribución de masa de la galaxia lente se ha estimado con precisión a partir de un mapa de velocidad usando MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) en el VLT (Very Large Telescope) de ESO (European Southern Observatory). Gracias a ello se puede predecir el anillo de Einstein con un modelo teórico y comparar dicha predicción con las observaciones, estimando el parámetro γ. El nuevo resultado indica que cualquier desviación grande de este parámetro debe ocurrir a escalas mayores de ~2 kpc, lo que excluye algunas teorías alternativas a la gravitación de Einstein que predicen γ ≠ 1 en escalas galácticas.

4 comentarios

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Juan Carlos Juan Carlos

Francis, si puede ser me gustaría una aclaración sobre una cosa que no entiendo en este articulo.
Me refiero a lo de los potenciales. El newtoniano entiendo que su expresión es -GM/r .
Pero ¿cual es el de curvatura espacial?
Además no entiendo porque sumarlos. Si la relatividad general es distinta del modelo newtoniano, y es una teoría mas precisa, ¿no debería haber un solo potencial, el de la relatividad general, y olvidarnos del newtoniano? En fin si puede ser me gustaría una aclaración sobre este tema.
Gracias

Joan Bach Joan Bach

Por lo poco que yo sé, la relatividad general no sustituye a la newtoniana, sino que la complementa añadiendo modificaciones en las formulas en las zonas del espacio con campos gravitatorios muy grandes, se podría decir que la física newtoniana esta contenida dentro de la relatividad general, en el caso especial en que los campos gravitatorios son “pequeños”

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Juan Carlos, en la métrica de Schwarzschild se tiene Ψ = Φ = – GM/r (para c=1). El potencial de la teoría de Newton se obtiene por una aproximación a grandes distancias del término temporal en la diagonal de la métrica, en concreto, |gtt| = sqrt(1-2 Φ) ~ (1 – Φ), con Φ = – GM/r (para c=1); por tanto, la teoría de Einstein corrige el potencial de la teoría de Newton añadiendo términos al potencial que dependen de las inversas de potencias impares de la distancia radial; por supuesto, también aparecen otros términos espaciotemporales que tienen cabida en la teoría de Newton.

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