la gravedad de Einstein
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Impresión del artista de la próxima sonda de BepiColombo acercándose a Mercurio. Esta sonda puede permitirnos probar la relatividad general con alta precisión. Crédito de la imagen: ESA / ATG medialab; Mercurio: NASA / JPL
Por Matthew Francis, para Forbes Mayo 9 de 2018
Soy un escritor especializado en física, astronomía y temas relacionados.
Las opiniones expresadas por Matthew Francis colaborador de Forbes son suyas, exclusivamente.
A pesar del descubrimiento de otras galaxias, agujeros negros y otros cuerpos astronómicos maravillosos, seguimos volviendo a las órbitas de los planetas para comprender la gravedad en su forma más básica. En parte, eso es simplicidad: estamos dentro del Sistema Solar y podemos hacer mediciones sin gastar miles de millones de dólares o construir observatorios virtuales del tamaño de todo el planeta. Pero eso no significa que hayamos agotado todas las formas de aprender sobre la gravedad del baile de los planetas.
En un nuevo artículo en Physical Review Letters, el físico de la Universidad de Florida Clifford Will mostró que la próxima sonda espacial BepiColombo podría probar un aspecto de la teoría de la gravedad, la relatividad general de Albert Einstein , que hasta ahora ha estado fuera de su alcance. Este efecto proviene de la gravedad de otros planetas del Sistema Solar, lo que lleva a un pequeño cambio en la órbita de Mercurio. Pero pequeño no significa sin importancia: si la relatividad general necesita ser modificada en este pequeño nivel, la sonda BepiColombo puede detectar esa discrepancia.
BepiColombo es un proyecto conjunto entre las agencias espaciales japonesas y europeas, programado para lanzarse en el otoño de 2018. Será solo la tercera misión a Mercury, siguiendo a Mariner 10 en la década de 1970 y MESSENGER , que realizó mediciones detalladas en el planeta entre 2008 y 2015 Mercurio está tan cerca del Sol, la luz es demasiado intensa para ver el planeta con claridad. Como resultado, aunque conocemos el planeta desde tiempos prehistóricos, no teníamos un mapa completo hasta la última década.
A pesar de esa dificultad, a fines del siglo XIX, los astrónomos trazaron la órbita de Mercurio con suficiente detalle como para saber que algo extraño estaba sucediendo. Gracias a la atracción gravitatoria de los otros planetas del Sistema Solar, la órbita de Mercurio estaba "precesando": girando alrededor del Sol en un patrón espirógrafo . Sin embargo, la precesión no coincidió con las predicciones. Algo misterioso estaba pasando.
En 1915, Einstein demostró que su flamante teoría de la gravedad, la relatividad general, predijo exactamente la precesión de Mercurio. Escribió en una carta a su amigo físico Paul Ehrenfest: "Durante unos días, estuve fuera de mí con una emoción gozosa". Un siglo de mediciones ha justificado su emoción: hoy, la relatividad general es la teoría de la gravedad, el estándar contra el cual otras teorías tienen que ser probadas.
La precesión de la órbita de Mercurio. Sin la relatividad general y los efectos gravitacionales de otros planetas, esta órbita sería una elipse, pero con esos otros efectos la órbita nunca se repite. (He exagerado el tamaño del efecto para mayor claridad, en realidad es mucho más pequeño). Crédito de la imagen: Matthew R Francis (CC-por-3.0)
Pero los científicos nunca están completamente satisfechos: la relatividad general coincidía con la precesión observada, pero tal vez con mejores resultados observacionales, podríamos ver algo en desacuerdo con la teoría de Einstein. Es una posibilidad muy remota: la relatividad general se ha mantenido por completo hasta el momento en todas las pruebas, pero tenemos que verificar todo por las dudas.
Ahí es donde entra el nuevo documento. Will -quien escribió literalmente el libro sobre el estudio de la gravedad- mostró que los otros planetas del Sistema Solar contribuyen con dos efectos adicionales de la relatividad general. Una de ellas se calcula a partir del tirón combinado del Sol y los planetas adicionales. El otro es un efecto gravitatorio extra del movimiento orbital de los planetas, que lleva el nombre divertido de "campo gravitomagnético", porque se asemeja al comportamiento de un campo magnético de alguna manera.
De nuevo, estos efectos son muy pequeños: una parte en un millón, por lo que serían demasiado pequeños para ser vistos con algo más que mediciones de precisión. BepiColombo, que consiste en dos naves espaciales capaces de medir el movimiento de Mercurio con una precisión mayor que nunca, es lo suficientemente bueno para hacer eso. Si los datos de BepiColombo no coinciden con las predicciones de la relatividad general, hay dos posibilidades: hay un factor no gravitacional adicional que no hemos adivinado aún, o - una posibilidad muy pequeña - estamos viendo un atisbo de un refinamiento de Einstein. teoría.
Piense en estas mediciones como fotografías de mayor resolución: con más "píxeles", emergen más detalles. No sabemos si esos detalles concuerdan con la teoría de Einstein aún, pero probando veremos si la imagen que conocemos y amamos emerge nuevamente.
Soy un físico, escritor de ciencia, orador público, educador y usuario frecuente de sombreros alegre. Sígueme en Twitter @DrMRFrancis. Mi sitio web es BowlerHatScience.org.
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