Púlsares, un regalo para la física

Foto: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Los púlsares, estrellas de neutrones superdensas, son quizás los más extraordinarios laboratorios de física en el universo. Las investigaciones sobre estos objetos exóticos y extremos ya han obtenido dos premios Nobel. Un grupo de  investigadores intenta poner a prueba la Relatividad General en condiciones de gravedad extremadamente fuertes y detectar directamente las ondas gravitacionales, utilizando toda la galaxia como un enorme telescopio.

Las estrellas de neutrones son los restos de estrellas masivas que explotaron como supernovas. Concentran más masa que el Sol en una esfera no más grande que una ciudad de tamaño mediano, lo que las convierte en los objetos más densos del universo, a excepción de los agujeros negros, para los que el concepto de densidad es teóricamente irrelevante. Los púlsares son estrellas de neutrones que emiten haces de ondas de radio hacia el exterior desde los polos de sus campos magnéticos. Cuando uno de estos haces alcanza la Tierra, los radio telescopios lo detectan como un pulso de ondas de radio.
Midiendo el tiempo de esos pulsos con precisión, los astrónomos pueden utilizar los púlsares para realizar un experimento único, en los límites de la física moderna. Tres científicos -Ingrid Stairs, de la Universidad de Columbia Británica, Benjamin Stappers de la Universidad de Manchester en el Reino Unido y Scott Ransom del Observatorio Nacional de Radioastronomía- han presentado los resultados de este trabajo, en la reunión de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia en Vancouver, Canadá.
Los púlsares están en la vanguardia de la investigación sobre la gravedad. Albert Einstein publicó su teoría de la Relatividad General en 1916, y su descripción de la naturaleza de la gravedad hasta el momento, ha resistido numerosas pruebas experimentales. Sin embargo, hay teorías que siguen compitiendo. Muchas de estas teorías alternativas son tan buenas como la Relatividad General a la hora de predecir comportamientos dentro de nuestro Sistema Solar. Un área donde difieren, sin embargo, es en el entorno extremadamente denso de una estrella de neutrones.
En algunas de las teorías alternativas, el comportamiento de la gravedad debe variar en función de la estructura interna de la estrella de neutrones. Midiendo cuidadosamente los tiempos de los pulsos, se puede establecer de forma precisa las propiedades de las estrellas de neutrones. Varios conjuntos de observaciones han demostrado que los movimientos de los púlsares no dependen de su estructura, por lo que la Relatividad General está segura de momento.
Las investigaciones recientes sobre los púlsares en sistemas de estrellas binarias con otras estrellas de neutrones y, en uno de los casos, con otro púlsar, ofrecen aun mejores apoyos para la Relatividad General en condiciones de gravedad extrema. La precisión de estas mediciones se espera mejor en el futuro.
Otra predicción de la Relatividad General es que los movimientos de masas en el universo deberían causar perturbaciones en el espacio-tiempo en forma de ondas gravitacionales. Tales ondas aun no han sido detectadas directamente, pero los estudios de púlsares en sistemas de estrellas binarias han dado pruebas indirectas de su existencia. Ese trabajo ganó el Premio Nobel en 1993.
Los investigadores se disponen a utilizar los púlsares de toda nuestra galaxia, la Vía Láctea, como un gigantesco instrumento científico para detectar directamente las ondas gravitacionales. Los púlsares son unos relojes extremadamente precisos que pueden ser utilizados para detectar las ondas gravitacionales en un rango de frecuencias que ningún otro experimento podría detectar.
Midiendo cuidadosamente los ritmos de los pulsos de los púlsares ampliamente diseminados por toda la galaxia, los astrónomos esperan poder detectar ligeras variaciones causadas por el paso de las ondas gravitacionales. Esta ondas gravitacionales habrían sido causadas por los movimientos de pares de agujeros negros supermasivos  del universo temprano, por cuerdas cósmicas y posiblemente por otros eventos exóticos acaecidos en los primeros segundos después del Big Bang.
Con densidades varias veces mayores que las de los núcleos atómicos, los púlsares son laboratorios de física nuclear únicos. Se desconocen los detalles de la física interna de tales objetos extremadamente densos. Al medir las masas de las estrellas de neutrones, podemos establecer los límites de su física interna. Sólo en los últimos tres o cuatro años, se han encontrado  varias estrellas de neutrones masivas en las que, debido a su enorme masa, se pueden descartar algunas hipótesis de lo que sucede en el centro de estas estrellas de neutrones.
El trabajo de investigación continúa, y es necesario realizar más mediciones.  A medida que se obtengan nuevos datos se podrán ajustar los modelos para adaptarlos a lo que ya se ha encontrado.
Los púlsares fueron descubiertos en 1967 y su descubrimiento obtuvo el Premio Nobel en 1974.

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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