Los astrónomos han descubierto el par de estrellas de neutrones más ligero conocido: dos remanentes estelares ultradensos que orbitan uno alrededor del otro cada 2 horas y 22 minutos, dirigiéndose hacia una inevitable colisión dentro de unos 82 millones de años. Al cronometrar los pulsos de radio de una de las estrellas, los investigadores detectaron tres efectos sutiles predichos por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein y descubrieron que la teoría describe el movimiento del par con una precisión de aproximadamente el 1%, lo que demuestra una vez más que el visionario físico tenía razón.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 15 de septiembre en la revista Physical Review Letters. Las estrellas de neutrones son los núcleos colapsados de estrellas masivas que explotaron como supernovas. Cada una concentra más masa que el Sol en una esfera de aproximadamente 20 kilómetros de diámetro. Algunas, llamadas púlsares, giran rápidamente y barren el cielo con haces de ondas de radio como faros cósmicos. Su rotación es tan constante que sus pulsos funcionan como relojes extraordinariamente precisos.
Muy pocos púlsares orbitan alrededor de otra estrella de neutrones. “Sólo existen 30 sistemas binarios de estrellas de neutrones de este tipo, y los efectos relativistas son muy fuertes si se encuentran en órbitas compactas”, declaró a Live Science por correo electrónico JinLin Han, coautor del estudio y astrónomo de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias.
El primer par de este tipo, descubierto en 1974 y conocido como el sistema binario de Hulse-Taylor, proporcionó la primera evidencia de las ondas gravitacionales: ondulaciones en el espacio-tiempo predichas por Einstein. Dichas ondas transportan energía lejos de un par en órbita, por lo que su órbita debería contraerse gradualmente, y la órbita de Hulse-Taylor se contrajo precisamente al ritmo que predijo la teoría de Einstein.
Posteriormente, el “doble púlsar”, que completa una órbita cada 2,45 horas, coincidió con la tasa prevista con una precisión de aproximadamente el 0,01%. Finalmente, esta disminución provoca que dichos pares se fusionen, liberando ondas gravitacionales como las que el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser y el interferómetro Virgo detectaron en 2017.
Una pareja recién descubierta
El nuevo sistema, denominado PSR J1856-0039, se encuentra aproximadamente a entre 4200 y 6500 años luz de la Tierra. En 2020, fue descubierto durante un estudio del disco de la Vía Láctea realizado por el Radiotelescopio Esférico de Quinientos Metros de Apertura (FAST) de China, el radiotelescopio de plato único más grande del mundo.
“Hemos descubierto unos 900 púlsares”, dijo Han sobre el trabajo de su equipo. “Tras algunas observaciones de seguimiento, este es realmente extraordinario”.
El púlsar gira unas 43 veces por segundo, y las dos estrellas están separadas por aproximadamente el doble de la distancia entre la Tierra y la Luna. Pero la característica más atractiva es su corto período orbital de unas 2,36 horas, según Han. “Este es el segundo más corto, y debe mostrar efectos relativistas más intensos que el famoso púlsar doble y el sistema Hulse-Taylor”.
El equipo observó el sistema estelar con el telescopio FAST 17 veces entre 2020 y 2025, en ocasiones durante el tiempo suficiente para cubrir una órbita completa. Los investigadores midieron los tiempos de llegada de los pulsos del sistema y luego ajustaron esos datos a modelos orbitales que tenían en cuenta los efectos relativistas, como los cambios sutiles en los tiempos de llegada de los pulsos en diferentes partes de las órbitas de las estrellas.
“Gracias a la gran cantidad de mediciones realizadas por FAST, cuya precisión sería difícil de igualar con otros telescopios, no solo obtuvimos los parámetros básicos del púlsar y su órbita, sino también tres efectos relativistas”, dijo Han.
Primero, la órbita se reduce a medida que las estrellas emiten ondas gravitacionales, acercándolas unos 2,7 metros cada año. Segundo, la órbita ovalada gira lentamente, a razón de 17,6 grados por año, unas 150.000 veces más rápido que la deriva relativista de la órbita de Mercurio. Tercero, debido a que tanto la gravedad como la velocidad ralentizan el tiempo, el reloj del púlsar funciona a un ritmo variable a lo largo de la órbita ovalada, con desfases de hasta medio milisegundo.
“A partir de estas mediciones, determinamos la masa del púlsar y la de su compañera”, explicó Han. “La masa total es la más baja entre todos los sistemas binarios de estrellas de neutrones conocidos”. El púlsar pesa aproximadamente 1,3 veces más que el Sol, y su compañera tiene tan solo 1,19 masas solares, siendo una de las estrellas de neutrones de menor masa conocidas. Las simulaciones sugieren que las supernovas no pueden generar estrellas de neutrones mucho más ligeras.
Las estrellas se fusionarán en unos 82 millones de años. Es probable que esa fusión deje tras de sí una estrella de neutrones más masiva, de aproximadamente 2,26 masas solares, aunque el remanente podría colapsar en un agujero negro, según estiman los investigadores.
Otra victoria para Einstein
Basta con dos de los tres efectos para calcular las masas de ambas estrellas. El tercero sirve entonces como comprobación independiente, porque si la relatividad general es correcta, los tres deben apuntar a las mismas masas, y así es.
“Hemos comprobado que la relatividad general es necesaria para explicar los datos, y la consistencia es de aproximadamente el 1%”, afirmó Han. La prueba del doble púlsar es más precisa, pero se basó en 16 años de datos, en comparación con los cinco años de la nueva pareja. “Lamentablemente, no pudimos superar esta descripción de la gravedad”, añadió Han, refiriéndose a la esperanza de los físicos de encontrar fisuras en la teoría de Einstein que pudieran revelar nueva física.
A continuación, el equipo espera detectar el “arrastre de marcos”, un efecto en el que una masa giratoria retuerce el espacio-tiempo a su alrededor, provocando oscilaciones en las órbitas cercanas. “En el futuro, monitorizaremos este púlsar, probablemente durante décadas, para detectar el arrastre de marcos inducido por la rotación de la estrella de neutrones”, dijo Han.
Medir este efecto revelaría el momento de inercia del púlsar, que depende de cómo se distribuye su masa en su interior. Esto proporcionaría una nueva limitación sobre cómo se comporta la materia a las densidades extremas de los núcleos de las estrellas de neutrones, explicó Han, una de las mayores incógnitas de la física.
Fuente: Live Science.
