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¿Cuáles son las limitaciones de la relatividad einsteiniana que ha delineado a la astrofísica hasta el día de hoy? ¿Por qué han sido la mayor puesta a prueba de sus teorías las observaciones realizadas por Andrea Ghez y su equipo de la Universidad de California?

Hasta hace pocas décadas, revisar experimentalmente la gravedad, tal y como fue teorizada por el famosísimo Albert Einstein, nos había limitado solo a observaciones de nuestro sistema solar. Esta ha sido puesta a prueba de la manera más exhaustiva por el equipo de la astrónoma estadounidense Andrea Ghez, profesora del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, revisando el monstruoso agujero negro en el centro de la Vía Láctea.

Y es que, sin ir más lejos, la teoría general de la relatividad aún tiene deudas experimentales, ya que solo ha sido puesta a prueba en la gravedad débil, a diferencia de la teorización sobre las otras tres fuerzas fundamentales: electromagnetismo e interacciones nucleares fuerte y débil. La mente de Einstein no agotó todo lo pensable sobre el fenómeno de la gravedad, terriblemente intensa o “fuerte” cerca de objetos astronómicos como los agujeros negros, que comprimen su masa en un volumen muy pequeño, pero evitan incluso el escape de una onda tan rápida como la luz. En palabras de Richard Green, miembro director de la National Science Foundation:

Para realizar una medición de tal importancia fundamental se necesitaron años de observación paciente. Mediante sus rigurosos esfuerzos, Ghez y sus colaboradores han logrado una validación de gran importancia de la idea de Einstein sobre la gravedad fuerte.

Y es que Ghez fue pionera en demostrar experimentalmente que en efecto existe un agujero oscuro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, tal y como se había teorizado durante más de un cuarto de siglo, hazaña que le valió entrar a la historia den la ciencia en 1998. Un ejemplo del alcance de la constancia, algo que confirman otra vez los resultados obtenidos por su equipo en la Universidad de California, publicados en la revista Science el pasado 25 de julio:

Einstein tiene razón, al menos por ahora… y podemos descartar absolutamente la ley de la gravedad de Newton. Nuestras observaciones son consistentes con la teoría general de la relatividad de Einstein. Sin embargo, su teoría definitivamente muestra vulnerabilidad. No puede explicar completamente la gravedad dentro de un agujero negro, y en algún momento necesitaremos ir más allá de la teoría de Einstein hacia una teoría de la gravedad más integral que explique qué es un agujero negro.

El equipo de astrónomos de Ghez ha realizado mediciones directas del fenómeno cerca de este agujero negro supermasivo, siendo uno de los dos únicos grupos científicos en el mundo en observar en tres dimensiones la órbita de una estrella en torno a este monstruo cósmico, la denominada “estrella S0-2”. Una aplicación del método científico de escala universal definida por algunos, incluida la propia directora de la investigación, como “astrofísica extrema”.

Es poco decir que nunca se ha llevado a término un estudio tan detallado sobre la relatividad einsteiniana y sobre el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia:

Lo que hace tan especial a S0-2 es que tenemos su órbita completa en tres dimensiones. Eso es lo que nos da el boleto de entrada a las pruebas de la relatividad general. Nos preguntamos cómo se comporta la gravedad cerca de un agujero negro supermasivo y si la teoría de Einstein nos está contando la historia completa. Ver a las estrellas recorrer su órbita completa proporciona la primera oportunidad de probar la física fundamental utilizando los movimientos de estas estrellas.

Obtenidos en el Observatorio WM Keck de Hawái, gracias a un espectrógrafo construido por otro equipo de la Universidad de California, bajo la dirección de James Larkin, los espectros de la estrella S0-2, analizados en abril, mayo y septiembre del año pasado, y que Ghez describió como un “arcoíris de luz”, son la fuente de información precisa de un estudio de vanguardia que combina mediciones que se remontan a cerca de veinticuatro años. Un proyecto de larga duración pudo ha logrado comprobar la “mezcla” del espacio y el tiempo cerca del agujero negro:

En la versión de la gravedad de Newton, el espacio y el tiempo están separados; bajo la versión de Einstein, se mezclan completamente cerca de un agujero negro.

Einstein sostenía que en regiones cercanas a un agujero negro, los “fotones” o partículas de luz de una estrella tienen que hacer un trabajo extra para salir, es decir, su longitud de onda depende no solo de la velocidad, sino además de la cantidad de energía que gastan para escapar de un campo gravitatorio tan poderoso. El equipo de Ghez estudió partículas de luz en su viaje hacia nuestro mundo desde la estrella S0-2 que, en su rotación en torno al gran agujero negro de la galaxia, se mueve a velocidades de más de veintiséis millones de kilómetros por hora en su aproximación más cercana. Una vez que algo cruza el “horizonte de sucesos” de uno de estos agujeros, ya no puede escapar, pero esta estrella todavía está bastante lejos de este horizonte, incluso en su aproximación más cercana, por lo que sus fotones siguen libres.

Gracias a una beca Genius de la Fundación MacArthur, Ghez ha estudiado otras tres mil estrellas que orbitan alrededor del agujero negro supermasivo. Así describe este enorme trabajo:

Estamos aprendiendo cómo funciona la gravedad. Es una de las cuatro fuerzas fundamentales y la que menos hemos probado. Hay muchas regiones en las que simplemente no nos hemos preguntado cómo funciona la gravedad aquí.

Esta es solo una prueba exitosa de las muchas aplicables en el futuro a la relatividad general einsteiniana. El equipo de Ghez continuará observando las estrellas y esa cercanía misterioso al gran monstruo devorador de sucesos en el centro de la galaxia donde vivimos. De momento, los ojos de todas y todos están en la “estrella S0-102”, que tiene una órbita muy corta, ya que tarda once años y medio en completarla alrededor de este agujero negro.

 

Imagen de portada: The New York Times.