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GAVETA DE ASTROFÍSICA | COORDINADORA: ADRIANA DE LORENZO-CÁCERES RODRÍGUEZ | @GAVETA_ASTRO

¡Einstein está de moda!

2/sep/18 0:28 AM
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Izquierda: medidas de la órbita de la estrella S2 alrededor del agujero negro de la Vía Láctea durante los últimos 26 años. Triángulos y círculos muestran las medidas obtenidas con los instrumentos SHARP y NACO. Los símbolos están coloreados según su fecha de observación. Los cuadrados verdes marcan las medidas más recientes con el instrumento GRAVITY./ ESO/MPE/GRAVITY COLLABORATION
Derecha: recreación artística del efecto de desplazamiento al rojo relativista observado en la estrella S2 en su aproximación más cercana al agujero negro de la Vía Láctea. Cuando la estrella está muy cerca del agujero negro, el fuerte campo gravitatorio hace que el color de la estrella se desplace ligeramente hacia el rojo, un efecto de la teoría de la relatividad general de Einstein. En el gráfico se han exagerado tanto el efecto del color como el tamaño de los objetos para mayor claridad./ ESO/M. KORNMESSER/

Jairo Méndez Abreu

Dicen de los genios, y me refiero a los de verdad y no a esos que salen al frotar una lámpara, que se les tarda mucho tiempo en reconocer sus ideas brillantes. Albert Einstein, ese físico nacido en el entonces imperio alemán en 1879 y que muchos reconocen por su amplio bigote y pelos alborotados, es probablemente uno de los mejores ejemplos del miedo al cambio y a lo desconocido que suele acongojar al ser humano. Afortunadamente, Einstein no se amedrentó ante las críticas a su trabajo por parte de sus colegas. Gracias a su talento sus ideas acabaron triunfando y a principios del siglo pasado consiguieron remover los cimientos de la Física. Una de estas ideas, recogida en lo que sería su teoría de la relatividad general (1915), es considerada actualmente uno de los dos pilares de la Física moderna.

La teoría de la relatividad general de Einstein supone un cambio de paradigma con respecto a las leyes de la mecánica newtoniana. Por ejemplo, el espacio y el tiempo, que entendíamos como independientes, están en realidad unidos en el concepto de espacio-tiempo de cuatro dimensiones (tres espaciales y una temporal); la gravedad no es una fuerza sino una manifestación de la curvatura de este espacio-tiempo y la luz no se propaga a velocidad infinita por el Universo. Gracias al constante flujo de ideas y experimentos realizados con exquisita precisión durante las últimas décadas ¡Einstein está de moda! Y lo está porque su teoría de la relatividad ha vuelto a superar los más exigentes experimentos que la curiosidad humana ha conseguido desarrollar.

Hace aproximadamente tres años fuimos testigos de uno de los avances científicos más espectaculares de los últimos tiempos con la detección, por parte del experimento LIGO, de las ondas gravitacionales. Estas "ondas", que son perturbaciones del espacio-tiempo, fueron predichas por la teoría de la relatividad general de Einstein, pero las limitaciones tecnológicas no permitían demostrar su existencia. Ahora que hemos confirmado su presencia, y que nuevas detecciones nos llegan cada vez con más frecuencia, podemos seguir usando todo el poder de la teoría de Einstein para abrir una nueva ventana al Universo: la astronomía gravitatoria. Pero de esto ya hemos hablado en esta Gaveta y hoy me proponía contarles la última demostración de la impresionante capacidad de predicción de la teoría de la relatividad general.

El titular sería: "Por primera vez, los astrónomos han logrado confirmar los efectos predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein sobre el movimiento de una estrella, llamada S2, mientras pasa por el campo gravitatorio que genera el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia". A algún seguidor de esta Gaveta, o simplemente interesado en Astrofísica, quizás no se le haya escapado que en este titular se habla de efectos relativistas sobre una estrella, en este caso llamada S2, pero también se usa otra noción que solo tiene sentido dentro de la relatividad general: el concepto de agujero negro. Estos objetos representan una región finita de espacio donde la cantidad de masa es tan grande que genera una gravedad o curvatura del espacio-tiempo tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Actualmente tenemos evidencias observacionales de la presencia de agujeros negros supermasivos en los centros de la mayoría (si no todas) las galaxias, y por supuesto la Vía Láctea no es una excepción.

El agujero negro de la Vía Láctea se encuentra a 26 000 años luz de distancia (algo así como 250 000 000 000 000 000 km) y tiene una masa aproximada de 4 000 000 de veces la masa de nuestro Sol. Estas características lo convierten en un laboratorio ideal donde medir distorsiones en la posición y velocidad de estrellas que orbitan alrededor de su campo gravitatorio. Esto es exactamente lo que ha hecho un grupo de astrónomos ¡durante los últimos 26 años! En particular, han seguido en detalle el recorrido de la estrella denominada S2, que en su punto más cercano al agujero negro estaba a una distancia de menos de 20 000 millones de kilómetros del agujero negro y se movía a una velocidad superior a ¡25 millones de kilómetros por hora!, casi un 3% de la velocidad de la luz (panel izquierdo de la imagen). De esta manera, los astrónomos han conseguido demostrar que estas medidas tan precisas no concuerdan con las predicciones newtonianas y encajan perfectamente con las predicciones de la relatividad general.

De hecho, esta es la segunda vez que los astrónomos consiguen observar la estrella S2 en su paso más cercano al agujero negro de nuestra galaxia. Sin embargo, las nuevas medidas realizadas durante los últimos años, con nuevos instrumentos mucho más precisos, han conseguido revelar claramente un efecto llamado desplazamiento al rojo gravitacional. Este se basa en que la luz de la estrella se desplaza a longitudes de onda más largas por el fuerte campo gravitatorio del agujero negro (panel derecho de la imagen). Y el cambio en la longitud de onda de la luz de S2 coincide precisamente con el predicho por la teoría de la relatividad general.

En definitiva, cien años después de que fuera propuesta por primera vez, la teoría de la relatividad general está más vigente que nunca y, sí, ¡Einstein está de moda!

Jairo Méndez Abreu nació en San Juan de la Rambla, Tenerife, y cursó la Licenciatura en Física por la Universidad de La Laguna. Es Doctor en Astrofísica por la Universidad de La Laguna y la Universidad de Padua, Italia. Tras su paso por Italia volvió a Canarias con un contrato postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y un contrato Juan de la Cierva. Posteriormente se marchó a Escocia, donde desarrolló su actividad investigadora en la Universidad de St Andrews. Recientemente ha vuelto como investigador al IAC, donde continúa sus estudios sobre dinámica y evolución de galaxias.

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