Más de un siglo después, los científicos siguen dando la razón a Albert Einstein.
La revolucionaria teoría general de la relatividad del famoso físico debutó en 1915, postulando que la gravedad puede entenderse como objetos que caen a lo largo de la curvatura del espacio-tiempo. Un producto bien probado de esto es el arrastre de cuadros, en el que un objeto pesado y giratorio, como un agujero negro o la propia Tierra, arrastra consigo el espacio-tiempo y cualquier cosa en su órbita. (Algunos investigadores han comparado el efecto con una cuchara que gira en miel, moviendo la miel y cualquier cosa que haya en ella a medida que gira).
Ahora, los investigadores han logrado medir este fenómeno con más precisión que nunca, confirmando una vez más la mayor teoría de Einstein en un estudio publicado el miércoles en Nature.
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“Mejoramos en un factor de más de 10 la medición del arrastre de fotogramas (y en física eso es mucho) y esta medición nos ayudó a poner límites de validez a teorías alternativas de la gravedad”, dice Ignazio Ciufolini, autor principal del artículo y profesor de física en la Universidad Sapienza de Roma.
El estudio se basó en datos del Laser Relativity Satellite 2 (LARES-2), una misión dirigida por Ciufolini. Lanzado a órbita por la Agencia Espacial Italiana en 2022, LARES-2 es una continuación del trabajo anterior de las dos misiones del Satélite Láser Geodinámico (LAGEOS) de la NASA. Tanto los satélites LARES-2 como LAGEOS son orbes cubiertos de espejos que se asemejan a bolas de discoteca galácticas; los científicos hacen rebotar rayos láser en los espejos para determinar con precisión las posiciones orbitales exactas de los orbes.
Los satélites orbitan a miles de kilómetros sobre la Tierra, muy por encima de altitudes donde volutas de atmósfera pueden perturbar sus órbitas. Esto, dice Ciufolini, significa que si nuestro planeta fuera una esfera perfecta, el arrastre de cuadros sería la única fuente de cambios en sus órbitas. Lamentablemente, la atracción gravitacional del Sol y la Luna (que conocemos como mareas) hace que nuestro mundo esté un poco desequilibrado, lo que complica los movimientos orbitales de los satélites. Pero al combinar las mediciones de LARES-2 y LAGEOS, él y su equipo cancelaron esos efectos para precisar el arrastre de fotogramas con una incertidumbre de una parte entre mil.
Se trata de una hazaña impresionante por sí sola, afirma Daniel Holz, astrofísico de la Universidad de Chicago que no participó en el estudio. Pero es aún más notable si se compara con misiones anteriores como la Gravity Probe B de la NASA, de 750 millones de dólares, una nave espacial lanzada en 2004 que utilizaba giroscopios a bordo para medir el arrastre del marco con mucha menos precisión.
“Esto es 100 veces mejor y cuesta mucho menos, porque están tratando toda la órbita del satélite como un giroscopio, lo cual es una forma muy agradable y elegante de hacerlo”, dice Holz.
Discernir exactamente cómo las mareas lunares y solares influyeron en la órbita de LARES 2 fue crucial para lograr la mejor medición de arrastre de cuadros. Si bien la mayoría de los efectos de las mareas se cancelaron fácilmente con la combinación de datos de los dos satélites, una marea lunisolar llamada K1 introdujo incertidumbre en la ecuación.
Los científicos tuvieron que seguir los impactos de la marea K1 en los satélites durante tres años para comprender sus efectos. Lo positivo es que el trabajo del equipo puso nuevos límites a la fuerza de K1, un hallazgo que podría ayudar a los científicos a estudiar los terremotos y los océanos de nuestro planeta.
Al medir con mayor precisión esta consecuencia de la relatividad general, este estudio también sirve para limitar teorías alternativas que cuestionan las conclusiones de Einstein. Sin embargo, debido a que el equipo midió el arrastre de marco dentro del sistema solar, estaban trabajando en campos gravitacionales relativamente débiles, dice Paul Lasky, profesor de astrofísica en la Universidad de Monash. Los experimentos realizados en campos gravitacionales más fuertes pueden proporcionar más certeza sobre la validez de esas teorías alternativas, afirma.
“El trabajo presentado aquí es una medición más prístina, aunque no investiga regímenes de gravedad más fuertes donde sería más probable que se mantuviera cualquier desviación de la relatividad general”, concluye Lasky.
Por ahora, dice Holz, la investigación añade “otra ventaja a Einstein”, mostrando una vez más el éxito continuo de la relatividad general.
“El resultado no cambia la relatividad, y se descartan algunas teorías que entusiasmaron a los teóricos creativos y que tal vez romperían la relatividad. Pero así es como ocurre el progreso”, dice. “Ahora pasamos al siguiente”.
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