domingo, 1 de julio de 2018

Impresionante comprobación de la Teoría General de la Relatividad fuera de nuestro Sistema Solar, , a escala galáctica



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 aceleradaLos 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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