El púlsar binario PSR J0737 como banco de pruebas de la relatividad general

Por Francisco R. Villatoro, el 16 diciembre, 2021. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Relatividad • Science ✎ 3

Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de Física en 1993 por su estudio del púlsar binario PSR B1913+16 (el primero que se descubrió en 1974), que observó de forma indirecta la emisión de ondas gravitacionales. Se publica en Physical Review X un análisis similar del púlsar binario PSR J0737−3039A/B, descubierto en 2003. El púlsar binario PSR J0737 es un banco de pruebas único para el estudio de la relatividad general ya que está situado a solo dos mil años luz de la Tierra, ambas estrellas de neutrones se observan como púlsares y su inclinación orbital es muy próxima a 90 °, luego se puede observar cómo el espaciotiempo curvo del plano orbital modifica los pulsos emitidos. Las observaciones durante 16 años de la precesión del periastro siguen la fórmula de la emisión gravitacional cuadripolar de Einstein con un error menor del 0.013 % (el resultado obtenido tras 2.5 años de observaciones tenía un error del 0.05 % y se publicó en 2006 en Science). Sin lugar a dudas un púlsar binario que habrá que seguir durante las próximas décadas para mejorar estas estimaciones.

Además de probar la fórmula cuadripolar de Einstein, se ha probado el retraso debido al efecto de Shapiro (en un espaciotiempo curvo las señales de radio viajan durante más tiempo y las observamos retrasadas). También se han realizado otras pruebas de la relatividad que hasta ahora no se habían podido realizar con otros púlsares binarios. Por ejemplo, se ha medido la deformación relativista de la órbita (debido al acoplamiento relativista entre el espín (rotación de las estrellas de neutrones) y el momento angular de su órbita). En estas pruebas los resultados tienen mucha mayor incertidumbre, pero en todos los casos son compatibles con las predicciones de la relatividad general de Einstein. Esta teoría, a la que muchos físicos quieren matar cuanto antes, además de muy bella es muy robusta y promete reinar en la física durante muchas décadas.

El artículo es M. Kramer, I. H. Stairs, …, G. Theureau, «Strong-field Gravity Tests with the Double Pulsar,» Physical Review X 11: 04150 (13 Dec 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.041050, arXiv:2112.06795 [astro-ph.HE] (13 Dec 2021); más información divulgativa en Lijing Shao, «General Relativity Withstands Double Pulsar’s Scrutiny,» Physics 14: 173 (13 Dec 2021) [web].

Una manera de destacar la excepcionalidad del púlsar binario PSR J0737 es compararlo con el famoso PSR B1913, que ha sido estudiado durante 35 años. Esta figura muestra la precesión del periastro de la órbita; la diferencia en la densidad de puntos entre 0 y −20 es notable. Así se explica que el nuevo resultado para PSR J0737 tras 16 años tenga un error menor del 0.013 %, cuando para PSR B1913 solo se alcanzó el 0.2 %; por cierto, para las fusiones de agujeros negros observadas por LIGO-Virgo el error típico ronda el 20 %. No le he dicho, pero supongo que sabrás que el periastro de una órbita elíptica es el punto donde la distancia entre ambos cuerpos es mínima; se llama perihelio cuando uno de los cuerpos es el Sol y perigeo cuando es la Tierra. El fenómeno que mide esta figura es análogo a la precesión del perihelio de la órbita de Mercurio, que Einstein usó como guía hacia la formulación correcta de su teoría de la gravitación.



3 Comentarios

  1. Francis
    Hay una frase que no entiendo, favor revisar:
    «…,luego sus señales se observa cómo el espaciotiempo curvo del plano orbital modificada la señal que observamos».
    Atte
    Mario

    1. Francis, entiendo que por el efecto shapiro las señales de radio se ven retrasadas; pero para notar tal retraso tiene que haber una referencia. Cuál es esa referencia?

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