Observaciones de dos enanas blancas ponen a prueba la teoría de la relatividad de Einstein

Un equipo internacional, en el que han participado astrónomos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), ha puesto a prueba la teoría de la relatividad general de Einstein al observar la reducción progresiva de la órbita de un singular par de estrellas: las enanas blancas del sistema binario J0651. Estos dos objetos, remanentes de estrellas como el Sol que ya han agotado su combustible nuclear, completan en la actualidad una órbita cada 13 minutos, con grandes aceleraciones y velocidades que llegan a alcanzar más de 600 kilómetros por segundo, según acaba de publicar el grupo de investigación en la revista Astrophysical Journal Letters.

De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, las aceleraciones de estas estrellas en su movimiento orbital causan ondas en el tejido del espacio-tiempo, que se denominan ondas gravitacionales. Aunque todavía no se han observado directamente, la emisión de estas ondas resta energía al sistema binario, lo que provoca que las enanas blancas se acerquen progresivamente la una a la otra y orbiten cada vez más rápido.

La teoría de la relatividad predice que la órbita de este sistema binario se reduce en unos 0,25 milisegundos cada año. La confirmación de que las estrellas están acercándose cada vez más viene dada por la comparación de las medidas tomadas en 2011, cuando el equipo de astrofísicos descubrió este sistema, con las tomadas en la actualidad.

El GTC, el mayor telescopio óptico infrarrojo del mundo, con un espejo primario de 10,4 metros, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, proporcionó el conjunto de datos con la cadencia más rápida de estos objetos. "Gracias al GTC, hemos logrado tomar cientos de imágenes seguidas de este interesante sistema sin perder un segundo", comenta Carlos Allende Prieto, investigador del IAC y uno de los autores del estudio.

Para Antonio Cabrera Lavers, astrónomo del GTC y coautor de la investigación: "Estamos ante uno de esos casos en los que tenemos la oportunidad de utilizar telescopios para poner a prueba nuestra comprensión de los aspectos más fundamentales de la física".


Representación artística de un sistema binario de dos enanas blancas. Las dos estrellas colapsarán formando un único objeto en menos de un millón de años, debido a la pérdida de energía al emitir ondas gravitacionales. (Foto: GSFC, NASA, Dana Berry (CXC))

J0651 es el quinto sistema binario conocido con un periodo orbital de menos de 15 minutos. En los otros cuatro casos, no obstante, se produce transferencia de masa de una de las estrellas a la otra, lo que causa variaciones de brillo y complica las observaciones de la reducción del periodo orbital, así como su interpretación en términos de ondas gravitacionales.

Este sistema binario es también peculiar en cuanto a su orientación respecto a la Tierra, ya que el plano orbital está alineado con nuestra línea de visión. "Cada seis minutos una de las estrellas en J0651 eclipsa a la otra, lo que proporciona un reloj de extrema precisión a 3.000 años luz", dice el estudiante de doctorado de la Universidad de Tejas, en Austin (EE UU), y primer autor del artículo, J.J. Hermes. "Los eclipses en este momento tienen lugar unos seis segundos antes de lo esperado a partir de las medidas de hace un año", señala el profesor de la Universidad de Oklahoma y miembro del equipo, Mukremin Kilic.

Los resultados de este estudio han sido posibles gracias a las más de 200 horas de observaciones, además de con el GTC, con el telescopio de 2,1 metros Otto Stuve, en el Observatorio McDonald en Tejas, con el telescopio Géminis de 8,2 metros, en Hawái, y con el telescopio de 3,5 metros del Observatorio Apache Point, en Nuevo Méjico, todos ubicados en EE UU.

Detectar directamente las ondas gravitacionales es extremadamente difícil. En concreto, medir el efecto de las ondas gravitacionales producidas por J0651 desde el sistema solar requeriría varios satélites situados a millones de kilómetros y comunicados por láseres. Aunque los físicos llevan años planeando un sistema de este tipo, aún no hay ninguna misión espacial definida y con financiación de estas características.


"De este modo tenemos una vía más fácil, si bien indirecta, de detectar los efectos de las ondas gravitacionales", añade Allende Prieto. (Foto: IAC)


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