Astrónomos confirman la teoría de la relatividad de Einstein por fuera de la Vía Láctea

La cercana galaxia ESO 325-G004 actúa como una potente lente gravitacional que genera un anillo de Einstein, una deformación de la luz procedente de una galaxia lejana que se encuentra detrás. Ahora, comparando la masa de ESO 325-G004 con la curvatura del espacio a su alrededor, los astrónomos han confirmado que la gravedad a escala galáctica, con  distancias astronómicas enormes, se comporta según lo predicho por la relatividad general de Einstein.

Utilizando el instrumento MUSE, instalado en el Very Large Telescope que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile, un equipo dirigido por el investigador Thomas Collett de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) calculó primero la masa de la galaxia cercana midiendo el movimiento de sus estrellas.

Después, usando el telescopio espacial Hubble de la NASA y la ESA, observaron el anillo de Einstein y midieron cómo la luz (y, por tanto, el espacio-tiempo), se desvían por la enorme masa de ESO 325-G004.

La teoría de la relatividad general de Einstein predice que los objetos deforman el espacio-tiempo a su alrededor, haciendo que cualquier luz que pase cerca sea desviada. El resultado es la lente gravitacional, un efecto sólo perceptible con objetos muy masivos.

Se conocen unas cien lentes gravitacionales fuertes, pero la mayoría están demasiado lejos como para poder medir con precisión su masa. Sin embargo, la galaxia ESO 325-G004 es una de las lentes más cercanas, a apenas 450 millones de años luz de la Tierra.

“Gracias a MUSE, conocemos la masa de la galaxia en primer plano y, gracias a Hubble, hemos medido la cantidad del efecto de lente gravitacional que vemos”, explica Collett. “Luego, comparamos estas dos maneras de medir la fuerza de la gravedad y el resultado es justo lo que predice la relatividad general con una incertidumbre de sólo un 9%. Esta es la prueba más precisa de la relatividad general fuera de la Vía Láctea realizada hasta la fecha. ¡Y utilizando una sola galaxia!”.

La relatividad general ha sido puesta a prueba con exquisita precisión a escalas del sistema solar, y se han estudiado con mucho detalle los movimientos de estrellas alrededor del agujero negro del centro de la Vía Láctea, pero previamente no se habían hecho pruebas tan precisas a escalas astronómicas más grandes. Probar las propiedades de largo alcance de la gravedad es de vital importancia para validar nuestro modelo cosmológico actual.

¿Es importante la escala?

Estos hallazgos pueden tener importantes implicaciones para los modelos de gravedad alternativos a la relatividad general. Esas teorías predicen que los efectos de la gravedad en la curvatura del espacio-tiempo dependen de la escala. Esto significa que la gravedad debería comportarse de manera diferente a escala de grandes distancias astronómicas con respecto a las más pequeñas del sistema solar. Pero Collett y su equipo han descubierto que es poco probable que esto sea así, a menos que estas diferencias sólo se produzcan a escalas de distancias de más de 6.000 años luz.

“El universo es un lugar increíble que nos proporciona esas lentes que podemos usar como laboratorios”, comenta el miembro del equipo Bob Nichol, también de la Universidad de Portsmouth, quien subraya: “Es muy satisfactorio utilizar los mejores telescopios del mundo con el objetivo de desafiar a Einstein y averiguar, al final, cuánta razón tenía”.

Los resultados de las observaciones y de este estudio, que confirma la relatividad general a escala galáctica, se publican esta semana en la revista Science.

La cercana galaxia ESO 325-G004 actúa como una potente lente gravitacional que genera un anillo de Einstein, una deformación de la luz procedente de una galaxia lejana que se encuentra detrás. Ahora, comparando la masa de ESO 325-G004 con la curvatura del espacio a su alrededor, los astrónomos han confirmado que la gravedad a escala galáctica, con  distancias astronómicas enormes, se comporta según lo predicho por la relatividad general de Einstein.

Utilizando el instrumento MUSE, instalado en el Very Large Telescope que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile, un equipo dirigido por el investigador Thomas Collett de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) calculó primero la masa de la galaxia cercana midiendo el movimiento de sus estrellas.

Después, usando el telescopio espacial Hubble de la NASA y la ESA, observaron el anillo de Einstein y midieron cómo la luz (y, por tanto, el espacio-tiempo), se desvían por la enorme masa de ESO 325-G004.

La teoría de la relatividad general de Einstein predice que los objetos deforman el espacio-tiempo a su alrededor, haciendo que cualquier luz que pase cerca sea desviada. El resultado es la lente gravitacional, un efecto sólo perceptible con objetos muy masivos.

Se conocen unas cien lentes gravitacionales fuertes, pero la mayoría están demasiado lejos como para poder medir con precisión su masa. Sin embargo, la galaxia ESO 325-G004 es una de las lentes más cercanas, a apenas 450 millones de años luz de la Tierra.

“Gracias a MUSE, conocemos la masa de la galaxia en primer plano y, gracias a Hubble, hemos medido la cantidad del efecto de lente gravitacional que vemos”, explica Collett. “Luego, comparamos estas dos maneras de medir la fuerza de la gravedad y el resultado es justo lo que predice la relatividad general con una incertidumbre de sólo un 9%. Esta es la prueba más precisa de la relatividad general fuera de la Vía Láctea realizada hasta la fecha. ¡Y utilizando una sola galaxia!”.

La relatividad general ha sido puesta a prueba con exquisita precisión a escalas del sistema solar, y se han estudiado con mucho detalle los movimientos de estrellas alrededor del agujero negro del centro de la Vía Láctea, pero previamente no se habían hecho pruebas tan precisas a escalas astronómicas más grandes. Probar las propiedades de largo alcance de la gravedad es de vital importancia para validar nuestro modelo cosmológico actual.

¿Es importante la escala?

Estos hallazgos pueden tener importantes implicaciones para los modelos de gravedad alternativos a la relatividad general. Esas teorías predicen que los efectos de la gravedad en la curvatura del espacio-tiempo dependen de la escala. Esto significa que la gravedad debería comportarse de manera diferente a escala de grandes distancias astronómicas con respecto a las más pequeñas del sistema solar. Pero Collett y su equipo han descubierto que es poco probable que esto sea así, a menos que estas diferencias sólo se produzcan a escalas de distancias de más de 6.000 años luz.

“El universo es un lugar increíble que nos proporciona esas lentes que podemos usar como laboratorios”, comenta el miembro del equipo Bob Nichol, también de la Universidad de Portsmouth, quien subraya: “Es muy satisfactorio utilizar los mejores telescopios del mundo con el objetivo de desafiar a Einstein y averiguar, al final, cuánta razón tenía”.

Los resultados de las observaciones y de este estudio, que confirma la relatividad general a escala galáctica, se publican esta semana en la revista Science.