Logran una de las validaciones más amplias del Principio de Equivalencia de Einstein

Santa Cruz de Tenerife/Científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han obtenido una de las validaciones más amplias del Principio de Equivalencia de Einstein y han constatado el potencial de las grandes observaciones astronómicas para poner a prueba las leyes físicas y su carácter universal.

El estudio, que se publica en la revista The Astrophysical Journal y que ha sido liderado por científicos del IAC y de la Universidad de La Laguna, ha conseguido medir el desplazamiento al rojo gravitatorio en varios miles de estrellas de secuencia principal (donde las estrellas pasan el 90 por ciento de su vida) y estrellas gigantes, todas ellas localizadas en un centenar de cúmulos abiertos.

El Principio de Equivalencia

El IAC recuerda en un comunicado que la Teoría General de la Relatividad es uno de los pilares fundamentales de la física moderna y una de las bases que sustenta la teoría de Einstein es el denominado Principio de Equivalencia.

Este principio establece que la luz que escapa de una región con una fuerte gravedad pierde energía en su camino, haciendo que su longitud de onda se vuelva más roja. Este fenómeno se conoce como desplazamiento al rojo (o redshift) gravitatorio y su medida es un test fundamental de la gravitación.

Aunque la astrofísica proporciona una amplia variedad de condiciones físicas en las que el desplazamiento al rojo debería ser significativo, hasta hace muy poco la evidencia observacional de este efecto gravitacional se limitaba a la luz emitida por el Sol, las enanas blancas y los cuásares, señala la nota.

La investigación

Este trabajo, que ha conseguido medir el redshift gravitatorio en varios miles de estrellas de secuencia principal y estrellas gigantes, parte de la idea de utilizar observaciones astrofísicas para probar la validez de las leyes físicas, extendiendo las pruebas tanto en el espacio como en el tiempo cósmico, y en situaciones no alcanzables en un laboratorio como en campos gravitatorios varias decenas de veces más intensos que los existentes en la Tierra.

“El objetivo de nuestro trabajo ha sido medir el efecto que produce la gravedad de las estrellas en la luz que recibimos y comprobar si los resultados de dichas medidas están de acuerdo con lo que predice la teoría y, en particular, con el Principio de Equivalencia”, explica el investigador del IAC y la ULL Carlos M. Gutiérrez, primer autor del artículo.

Los investigadores han estudiado estrellas que pertenecen a cúmulos estelares abiertos de la Vía Láctea y que, por tanto, comparten el mismo movimiento y han medido las diferencias en la energía de los fotones recibidos, según el tipo de estrella desde la que son emitidos.

Gutiérrez indica que este efecto aumenta con la masa de la estrella y disminuye con su radio, de manera que los fotones emitidos por estrellas similares al Sol experimentan una pérdida de energía del orden de dos partes en un millón, mientras que para estrellas en fase de gigantes, con radios mucho mayores, este efecto es comparativamente mucho más pequeño.

Para realizar el estudio, los autores han llevado a cabo un extenso muestreo, tomando como base un catálogo de 7 millones de estrellas proporcionado por la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), y han seleccionado cerca de 100 cúmulos abiertos y 8.000 estrellas distribuidos por toda la galaxia.

La investigadora del IAC y la ULL Nataliya Ramos Chernenko, coautora del artículo, afirma que “este estudio supone un avance importante, ya que apenas existían estudios previos en estrellas normales aparte del Sol” y precisa que se trata de uno de los primeros estudios basados en estrellas no degeneradas, es decir, que no se encuentran en las etapas finales de su existencia, incluyendo estrellas enanas y gigantes, y en cúmulos abiertos”.

Además de obtener una de las validaciones más amplias de un concepto físico fundamental, el estudio también ha permitido confirmar que las estimaciones de masa y radio de las estrellas basadas en modelos teóricos son correctas.

“Probar predicciones de la Relatividad General ayuda a descartar otras teorías de la gravedad que se han propuesto como alternativas para explicar el dominio de materia y energía oscura en el Universo, así como validar sistemas de navegación y de posicionamiento, como el GPS, que no funcionarían si no se tuviera en cuenta la teoría de Einstein”, concluye Gutiérrez.