Detectan un pulsar en un sistema estelar triple que funciona como un laboratorio gravitacional único

Astrónomos de GBT han descubierto un sistema estelar único de dos estrellas enanas blancas y una estrella de neutrones superdensa.

Astrónomos que usan el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencia (GBT, en sus siglas en inglés) han descubierto un sistema estelar único de dos estrellas enanas blancas y una estrella de neutrones superdensa, todo ello incluido en un espacio más pequeño que la órbita de la Tierra alrededor del sol. La cercanía de las estrellas, junto con su naturaleza, ha permitido a los científicos hacer las mejores mediciones de las complejas interacciones gravitacionales en un sistema de este tipo.

Además, los estudios detallados de este sistema pueden proporcionar una pista clave para resolver uno de los principales problemas pendientes de la física fundamental, la verdadera naturaleza de la gravedad. "Este triple sistema nos da un laboratorio cósmico natural mucho mejor que cualquier cosa encontrada antes para aprender exactamente cómo funcionan estos sistemas de tres cuerpos y, potencialmente, detectar problemas con la relatividad general que los físicos esperan ver en condiciones extremas", explica Scott Ransom, del 'National Radio Astronomy Observatory' (NRAO).

El estudiante graduado de la Universidad de West Virginia, en Estados Unidos, Jason Boyles, ahora en la Universidad de Western Kentucky, descubrió originalmente el púlsar como parte de una búsqueda a gran escala para los púlsares con el GBT. Los púlsares son estrellas de neutrones que emiten haces de luz como las ondas de radio que se mueven circularmente rápidamente por el espacio como el objeto gira sobre su eje. Uno de los descubrimientos de la búsqueda es un pulsar a unos 4.200 años luz de la Tierra, girando casi 366 veces por segundo.

Estos púlsares que giran rápidamente, llamados púlsares de milisegundos, pueden ser usados por los astrónomos como herramientas de precisión para el estudio de una variedad de fenómenos, incluyendo búsquedas de las esquivas ondas gravitacionales. Observaciones posteriores mostraron que el púlsar se encuentra en una órbita cercana a una estrella enana blanca y ese par está en órbita con otro, una enana blanca más lejana.

"Este es el primer pulsar de milisegundos que se encuentra en un sistema de este tipo y, de inmediato, reconocimos que nos proporciona una gran oportunidad para estudiar los efectos y la naturaleza de la gravedad", señala Ransom. Los científicos, cuyos descubrimientos se publican este domingo en la edición digital de 'Nature', comenzaron un programa de observación intensiva con el GBT, el radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico, y 'Westerbork Synthesis Radio Telescope' en Holanda. También estudiaron el sistema con datos del 'Sloan Digital Sky Survey', el satélite 'GALEX', el telescopio 'WIYN' en Kitt Peak, Arizona, y el Telescopio Espacial Spitzer.

"Las perturbaciones gravitacionales impuestas a cada miembro de este sistema por parte de los demás son increíblemente puras y fuertes --apunta Ransom--. El púlsar de milisegundos sirve como una herramienta extremadamente poderosa para medir esas perturbaciones increíblemente bien". Al registrar con precisión el tiempo de llegada de los pulsos del pulsar, los científicos fueron capaces de calcular la geometría del sistema y las masas de las estrellas con una precisión sin precedentes.

"Hemos hecho algunas de las mediciones más precisas de las masas de la astrofísica", afirma Anne Archibald, del Instituto Holandés de Radioastronomía. "Algunas de nuestras mediciones de las posiciones relativas de las estrellas en el sistema son exactas a cientos de metros", detalla Archibald, quien encabezó el esfuerzo para utilizar las mediciones para construir una simulación por ordenador del sistema que puede predecir sus movimientos.

La investigación sobre este sistema utiliza técnicas que se remontan a las utilizadas por Issac Newton para estudiar el sistema Tierra-Luna-Sol, en combinación con la "nueva"gravedad de Albert Einstein que se requiere para hacer las mediciones precisas. A su vez, los científicos dijeron que , el sistema promete la oportunidad de señalar el camino a la siguiente teoría de la gravedad.

El sistema da a los científicos la mejor oportunidad para descubrir una violación de un concepto llamado el Principio de Equivalencia, que establece que el efecto de la gravedad sobre un cuerpo no depende de la naturaleza o la estructura interna de ese cuerpo.

Los experimentos más famosos que ilustran este principio es el reputado de Galileo sobre la caída de dos bolas de diferentes pesos desde la torre inclinada de Pisa y el del comandante del Apolo 15 David Scott que dejó caer un martillo y una pluma de halcón mientras estaba de pie en la superficie sin aire de la Luna en 1971.

"Mientras que la Teoría de la Relatividad General de Einstein hasta ahora ha sido confirmado por todos los experimentos, no es compatible con la teoría cuántica. Debido a eso, los físicos esperan que se descomponga bajo condiciones extremas", explica Ransom. "Este sistema triple de estrellas compactas nos da una gran oportunidad para buscar una violación de una forma específica del Principio de Equivalencia llamado el Fuerte Principio de Equivalencia", agrega.

Cuando explota una estrella masiva en forma de supernova y sus restos se colapsan en una estrella de neutrones superdensa, parte de su masa se ??convierte en energía de enlace gravitacional que mantiene la estrella densa junta. El fuerte Principio de Equivalencia dice que esta energía de enlace todavía reaccionará gravitacionalmente como si fuera masa. Prácticamente todas las alternativas a la relatividad general sostienen que no lo hará.

"Este sistema ofrece la mejor prueba hasta ahora de que eso es así", afirma Ransom. Bajo el fuerte principio de equivalencia, el efecto gravitatorio de la enana blanca externa sería idéntico tanto para la enana blanca interior y la estrella de neutrones. Si el fuerte principio de equivalencia no es válido en las condiciones de este sistema, el efecto gravitatorio de la estrella exterior en la enana blanca interior y la estrella de neutrones sería ligeramente diferente y las observaciones de alta precisión del pulsar podrían mostrarlo fácilmente.

"Encontrar una desviación del fuerte principio de equivalencia indicaría un desglose de la Relatividad General y nos apuntaría hacia una nueva, la teoría correcta de la gravedad", añade. "Este es un sistema fascinante de muchas maneras, incluyendo lo que debe haber sido una historia de formación completamente loca y tenemos mucho trabajo por hacer para comprenderlo plenamente", apunta Ransom.