martes, julio 03, 2018

VLT hace el test más preciso de la relatividad general de Einstein fuera de la Vía Láctea

Utilizando el instrumento MUSE, instalado en el VLT de ESO, un equipo dirigido por Thomas Collett, de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) calculó primero la masa de ESO 325-G004 midiendo el movimiento de las estrellas de esta galaxia elíptica cercana.
 Collett explica: “Se utilizaron datos del VLT (Very Large Telescope) de Chile para medir cuán rápido se movían las estrellas de ESO 325-G004. Esto permitió inferir cuánta masa debe haber en la galaxia para mantener estas estrellas en órbita”.
Pero el equipo también pudo medir otro aspecto de la gravedad. Usando el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, observaron un anillo de Einstein resultante de la distorsión ejercida por ESO 325-G004 en la luz procedente de una galaxia distante. Observando el anillo, los astrónomos pudieron medir 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 un fenómeno conocido como lente gravitacional. Este efecto sólo es 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.
Collett continúa: “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. 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 nueve por ciento. Esta es la prueba más precisa de la relatividad general fuera de la Vía Láctea realizada hasta la fecha. ¡Y utilizando una sola galaxia!”.
En 1998 se descubrió que el universo se expande más rápido ahora que en el pasado [1].  Este sorprendente hallazgo no puede explicarse a menos que el universo esté formado, en su mayor parte, de un componente exótico llamado energía oscura. Sin embargo, esta interpretación se basa en que la teoría de la relatividad general debe ser la teoría de la gravedad correcta también a escalas cosmológicas. La relatividad general ha sido puesta a prueba con exquisita precisión a escalas del Sistema Solar, y algunas investigaciones han estudiado estrellas en el centro de la Vía Láctea, pero previamente no había pruebas 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.
Estos hallazgos pueden tener importantes implicaciones para los modelos de gravedad alternativos a la relatividad general, que también han sido utilizados para explicar la expansión acelerada del universo. Estas teorías alternativas 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 escalas más pequeñas del Sistema Solar. 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 6000 años luz.

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

Notas

[1] Desde 1929 se sabe que el universo se expande, pero en 1998 dos equipos de astrónomos demostraron que el universo se expande más rápido ahora que en el pasado. Este sorprendente descubrimiento ganó el Premio Nobel de Física de 2011 y, desde entonces, ha tenido enormes implicaciones en nuestra comprensión del universo.

Diagrama del efecto de lente gravitatoria en galaxias distantes con formación estelar

Este diagrama muestra cómo la luz de galaxias distantes se distorsiona por el efecto gravitatorio de una galaxia más cercana a nosotros, que actúa como una lente y hace que la fuente alejada aparezca distorsionada, pero más brillante, formando característicos anillos de luz, conocidos como anillos de Einstein. Un análisis de la distorsión ha revelado que algunas de las galaxias distantes con formación estelar son tan brillantes como 40 millones de millones de Soles, y han sido aumentadas por la lente gravitatoria más de 22 veces.
Crédito: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

Dos métodos para medir la masa de una galaxia

Esta infografía compara los dos métodos utilizados para medir la masa de la galaxia ESO 325-G004. El primer método ha utilizado el Very Large Telescope para medir las velocidades de las estrellas de ESO 325-G004. El segundo método ha utilizado el Telescopio Espacial Hubble para observar un anillo de Einstein causado por la luz de una galaxia de fondo que ha sido doblada y distorsionada por ESO 325-G004. Comparando estos dos métodos para medir la fuerza de la gravedad de ESO 325-G004, se ha determinado que la teoría de la relatividad general de Einstein funciona a escala extragaláctica — algo que no había sido probado previamente.
Crédito: ESO, ESA/Hubble, NASA

Cúmulo de galaxias Abell S0740

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, muestra la diversa colección de galaxias del cúmulo Abell S0740, que está a más de 450 millones de años luz de distancia, en la dirección de la constelación de Centaurus. La gigante galaxia elíptica ESO 325-G004 destaca en el centro del cúmulo. Hubble resuelve miles de cúmulos globulares de estrellas orbitando alrededor de ESO 325-G004. Los cúmulos globulares son grupos compactos de cientos de miles de estrellas que están unidas por la gravedad. A la distancia de la galaxia aparecen como puntos de luz contenidos en el halo difuso. Esta imagen fue creada combinando observaciones científicas del Hubble, tomadas en enero de 2005, con las observaciones del programa Legado del Hubble, tomadas un año más tarde para formar una composición en 3 colores. Se utilizaron los filtros que aíslan la luz azul, roja e infrarroja con la cámara para sondeos Advanced Camera for Surveys a bordo del Hubble.
Crédito: NASAESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

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