Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
Con gran alegría para toda la comunidad científica, esta
semana han anunciado la comprobación más precisa que se ha hecho, fuera del
sistema solar, de la teoría general de la relatividad de Einstein
Adjunto los links que me han resultado más interesantes
sobre esta apasionante noticia
La relatividad de Einstein se confirma a escala galáctica
Una alineación única de dos galaxias permite realizar la
confirmación más precisa de los postulados del físico alemán fuera del Sistema
Solar
A principios del siglo pasado, un hombre imaginó que una
persona viajaba por el espacio metida en un ascensor. También pensó en
escarabajos ciegos que recorrían superficies curvas. Era Albert
Einstein y esos experimentos mentales le ayudaron a formular la
teoría general de la relatividad sin recurrir a telescopios que eran
inimaginables en su época.
Más de un siglo después, dos de esos instrumentos —el
telescopio espacial Hubble y el Telescopio Muy Grande, en Chile— han permitido
realizar la comprobación de la teoría de la relatividad general más precisa que
se ha hecho fuera del Sistema Solar.
Einstein recurría a experimentos
imaginarios para explicar cómo la fuerza de gravedad que genera
una estrella curva el espacio y el tiempo a su alrededor, de forma que los
escarabajos ciegos —y los fotones de la luz— creen ir en línea recta, pero en
realidad siguen un camino curvo.
En 1912 el físico garabateó en su cuaderno unas ecuaciones
que describían una de las consecuencias de la teoría general de la relatividad
que publicaría tres años después. Los cálculos explicaban que las estrellas
pueden actuar como lentes que amplifican la imagen de otras estrellas mucho más
lejanas que hay justo detrás. Cuanta más masa tienen, más curvan el espacio y
más clara es la imagen, que suele tener forma de anillo.
Un equipo internacional de astrónomos se ha centrado en
ESO325-G004, que está a 450 millones de años luz de la Tierra y es una de las
lentes gravitacionales más cercanas. La galaxia ha ofrecido una oportunidad
única para poner a prueba la teoría de Einstein a escala galáctica, es decir,
en un rango de distancias de unos 6.000 años luz ( 56.000 billones de
kilómetros). Esta galaxia hace de lente para otra que está detrás, a más de
10.000 millones de años luz.
Imagen de la galaxia ESO325-G004. El recuadro muestra el
anillo de Einstein que se forma en el centro y que es la imagen de la otra
galaxia en segundo plano.
Los astrónomos han calculado la masa total de la galaxia en
primer plano en función de la velocidad de rotación de sus estrellas, algo que
hasta ahora no había sido posible con otras 200 lentes gravitacionales
conocidas porque están mucho más lejos. Después se ha calculado el tipo de
anillo de Einstein que debería formarse en base a la relatividad general. El
resultado, publicado
hoy en Science, aporta el valor de la constante γ que
expresa la curvatura del espacio-tiempo en función de la masa de un cuerpo. Los
resultados del estudio arrojan un valor de 0,97 con un margen de error de 0,09
arriba o abajo, consistente con el valor de 1 que le asigna la relatividad
general.
“La razón por la que no hemos obtenido un 1 exacto es que la
distancia a la que está esta galaxia resta algo de exactitud a nuestras
observaciones, pero es sin duda la comprobación de la relatividad más precisa
que se ha realizado fuera de nuestro Sistema Solar”, explica Thomas
Collett, cosmólogo de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) y
primer autor del estudio. “Es muy interesante que la teoría general de la
relatividad, que se formuló en base al movimiento de planetas del Sistema
Solar, describa a la perfección el comportamiento del universo a escalas mucho
mayores, aunque hay que reconocer que Einstein, de alguna manera, también se
equivocó, pues no imaginó que las galaxias también pueden funcionar como lentes
gravitacionales”, resalta Collett.
“Es un estudio muy sólido y con repercusiones grandes”,
opina Gonzalo Olmo, investigador del Instituto de Física Corpuscular de
Valencia. “Esta medida de la relatividad es muy precisa a escalas intermedias,
entre el ámbito reducido que es nuestro Sistema Solar y las grandes distancias
cosmológicas. Es importante porque permite descartar teorías alternativas de la
gravedad que aportan valores de γ distintos a 1”, resalta.
"De alguna manera Einstein también se equivocó,
pues no imaginó que las galaxias también funcionan como lentes
gravitacionales"
Algunas de esas teorías intentan explicar el universo sin
materia oscura y energía oscura, dos componentes que constituyen el
30% y el 65% del universo, respectivamente, y que son imprescindibles para que
la relatividad sea correcta a escalas galácticas y cosmológicas. Aunque no se
conoce de qué están hechos ninguno de los dos componentes, sí se han comprobado
sus efectos en la rotación de las estrellas, las galaxias y la estructura del
universo observable. En cambio, ninguna de las teorías alternativas se han
confirmado.
La
energía oscura tiene un papel fundamental porque explica por
qué el universo se está expandiendo de forma acelerada, al contrario de lo que
cabría esperar por el efecto de la gravedad, algo que se descubrió en
1998 y
mereció el Nobel de Física en 2011 a los autores del hallazgo.
Ahora, el objetivo del equipo de Collett es hacer comprobaciones de la
relatividad a escalas mayores, pero con la misma precisión que la actual.“ Si
confirmamos la relatividad a escalas de todo el universo con esta precisión
será la demostración definitiva de que la energía oscura está ahí, aunque aún
no sepamos lo que es”, resalta.
A
precise extragalactic test of General Relativity:
Testing
General Relativity on galaxy scales
Einstein's
theory of gravity, General Relativity (GR), has been tested precisely within
the Solar System. However, it has been difficult to test GR on the scale of an
individual galaxy. Collett et al. exploited a nearby
gravitational lens system, in which light from a distant galaxy (the source) is
bent by a foreground galaxy (the lens). Mass distribution in the lens was
compared with the curvature of space-time around the lens, independently
determined from the distorted image of the source. The result supports GR and
eliminates some alternative theories of gravity.
Science, this issue p. 1342
Abstract
Einstein’s
theory of gravity, General Relativity, has been precisely tested on Solar
System scales, but the long-range nature of gravity is still poorly
constrained. The nearby strong gravitational lens ESO 325-G004 provides a
laboratory to probe the weak-field regime of gravity and measure the spatial
curvature generated per unit mass, γ. By reconstructing the observed light profile of the lensed arcs and
the observed spatially resolved stellar kinematics with a single
self-consistent model, we conclude that γ = 0.97 ± 0.09 at 68% confidence. Our result is
consistent with the prediction of 1 from General Relativity and provides a
strong extragalactic constraint on the weak-field metric of gravity.
Por último, adjunto unos posts de mi blog relacionados con
este tema:
Mensajes amables de fin de semana...Einstein y el Hubble,
feliz aniversario:
Se cumplen 100 años desde que Einstein postuló la teoría
general de la relatividad y 25 años del lanzamiento del Hubble
Por esas casualidades de la vida, se produce en estos días
una feliz coincidencia: el 6 de Marzo surgió la noticia de que el Hubble había
fotografiado la llamada “Cruz de Einstein” de una Supernova, un ejemplo de
lente gravitacional predicho por el genio alemán
Adjunto los enlaces que más me han gustado sobre la
Relatividad General y el Hubble
-Ondas gravitatorias viajando a la velocidad de la luz:
-Luz curvada en presencia de un objeto masivo:
-Los llamados Pilares de la Creación, una hermosa nube de
gas fotografiada por el Hubble, en la que nacen estrellas cuando el hidrógeno,
por efecto de la gravedad, se comprime suficientemente para provocar las
reacciones nucleares típicas del corazón de las estrellas
El Hubble fotografió los Pilares de la Creación hace veinte
años y hace poco volvió a hacerlo, con instrumentos mucho más precisos
Ver los efectos del paso del tiempo es impresionante: los
Pilares se van como erosionando, envejecen, pero a cambio se encienden a su
alrededor estrellas nuevas
-Las mejores imágenes del Hubble
Mensajes amables de fin de semana: Hubble y Einstein, mi
segundo homenaje:
Mensajes amables de fin de semana: el pasado miércoles 25
de Noviembre la Teoría General de la Relatividad cumplió 100 años
Einstein vs Newton
Claves para comprender la teoría general de la
relatividad
-El espacio-tiempo está curvado por la masa y energía que
contiene
-Esto quiere decir que cuando un objeto cae, en realidad
recorre un camino a lo largo del espacio-tiempo que ha sido curvado por la
masa-energía que contiene
-Consecuencia del punto anterior: en la formulación de
Einstein desaparece la noción de gravedad, que ha sido sustituida por la
curvatura del espacio-tiempo
-Si un mago hiciese desaparecer el Sol, no percibiríamos el
efecto hasta que las ondas gravitatorias, que viajan a la velocidad de la luz,
llegasen a la Tierra, lo que ocurriría en 8 minutos.
-Las ondas gravitatorias son otra de las predicciones
pendientes de la teoría más hermosa de Einstein ( aún no se han podido detectar
directamente )
-Las ecuaciones de Einstein dejan claro que el espacio y el
tiempo son la misma cosa y, por tanto, que la deformación del primero también
afecta al segundo
-El tiempo transcurre a diferente ritmo según la altura
sobre la tierra. El transcurso irregular del tiempo a diferentes alturas de la
Tierra afecta a la sincronización de los relojes en la constelación de
satélites responsables del funcionamiento del GPS (sí, esos aparatos). Sin
conocer la teoría, éstos no funcionan
-El tiempo pasa más despacio cerca de un agujero negro
-La luz se desvía al pasar cerca del Sol. La desviación de la
luz es la base de las medidas basadas en lentes gravitatorias, que permiten
conocer la distribución de masa en objetos distantes y enormes tales como
cúmulos de galaxias, cimentando en particular la idea de que existe
mucha materia oscura en el Universo
-Se puede dar una larga lista de consecuencias
experimentales inexplicables sin la Relatividad General. A título de ejemplo:
la Cosmología, que describe la historia, evolución y composición del
Universo, incluyendo su expansión, actualmente acelerada. Los
púlsares, estrellas de neutrones muy compactas, con masas mayores que la
del Sol pero radios de apenas unos kilómetros. Más compactos aún, los
agujeros negros, objetos fascinantes por sus propiedades y su simplicidad,
ubicuos en el Universo: parece que existe uno gigante en el centro de cada
galaxia respetable. (La Vía Láctea tiene el suyo, "nuestro agujero
negro": Sagitario A* se llama esta simpática mascota de millones de masas
solares)
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Álvaro Ballesteros
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