Estrellas de neutrones y agujeros negros arrastran al espacio-tiempo

Los aficionados a los relatos de ciencia ficción saben que cualquier cuerpo distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor. Pero en 1918 se predijo, además, como una consecuencia de la teoría de la relatividad de Einstein, una distorsión añadida para el caso en que ese cuerpo rotase, aunque los científicos no habían podido comprobarlo experimentalmente. Ahora dos grupos científicos, uno italiano y otro estadounidense, creen haber constatado el fenómeno al observar en nuestra galaxia estrellas de neutrones y posibles agujeros negros en rápida rotación. Ambos presentaron sus trabajos en una reunión de la Sociedad Americana de Astronomía celebrada la semana pasada.La teoría de la relatividad predice que un cuerpo muy masivo en rotación debe arrastrar a su alrededor al espacio-tiempo -el tejido tetradimensional que resulta cuando el espacio y el tiempo se unifican-, de manera que altera las propiedades de la gravitación en su entorno. El efecto, como un tornado que absorbe lo que encuentra, debe producirse alrededor de cualquier cuerpo en rotación, como la Tierra, de manera que debería poderse medir, por ejemplo, en los satélites en órbita. Pero como la Tierra no es muy masiva y su rotación no es muy rápida, el efecto es minúsuculo y resulta enmascarado por otros fenómenos.

Para identificar el efecto, denominado de arrastre de sistemas de referencia, los científicos italianos Luigi Stella y Mario Vietri han recurrido a cuerpos celestes muy masivos: las estrellas de neutrones. Estos cuerpos se crean por compactación extrema de la materia remanente de una estrella masiva tras su muerte en una explosión de supernova y, con un diámetro del orden de una decena de kilómetros, tienen tanta masa como el Sol.

Vietri (Observatorio Astronómico de Roma), y Stella (Universidad de Roma) han aprovechado las observaciones en rayos X hechas por el satélite RXTE (de la NASA) de 15 estrellas de neutrones que giran a unas 300 revoluciones por segundo y que tienen en órbita materia que viaja a 100.000 kilómetros por segundo, un tercio de la velocidad de la luz. Y se han dado cuenta de que las emisiones de varias de esas estrellas de neutrones presentan unas modulaciones características en la intensidad de la emisión, consistentes con la firma que debería observarse si la estrella estuviese arrastrando al espacio-tiempo a su alrededor.

Los estadounidenses Wei Cui, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, y sus colaboradores Shuang N. Zhang y Wan Chen, han hecho medidas similares a las de los italianos pero rastreando el efecto alrededor de posibles agujeros negros.

Tanto éstos como las estrellas de neutrones atraen gravitacionalmente ingentes cantidades de materia que, antes de ser chupada definitivamente, está como en lista de espera formando un disco de acreción alrededor del cuerpo masivo. Este disco es el que se calienta y emite rayos X. Si la estrella de neutrones o el agujero negro está en rápida rotación, su masa y velocidad son suficientes para distorsionar el espacio-tiempo a su alrededor, efecto que se manifiesta en las fluctuaciones, ahora observadas, de la emisión de rayos X. Si no hubiera efecto de arrastre, la órbita de esa materia en el disco de acreción no se deformaría y no se producirían esas fluctuaciones.

"El resultado no es concluyente... Pero la consistencia entre teoría y observaciones indica que muy probablemente se trata del efecto de arrastre de sistemas de referencia", ha comentado Wei e.

Según la Relatividad General de Einstein, el espacio, el tiempo, la masa y la gravedad están interrelacionadas, indisolublemente unidas por leyes expresables matemáticamente. En 1918, los físicos Josef Lense y Hans Thirring, basándose en la teoría de Einstein, predijeron que un objeto masivo en rotación arrastraría el tejido espaciotemporal, tal y como parece manifestarse en las mediciones de Stella y Petri y en las de sus colegas de EE UU.

"Futuras observaciones astrofísicas confirmarían estos resultados, igual que se confirmó la existencia de la radiación gravitatoria [también observada en estrellas de neutrones, descubrimiento que ha sido ya distinguido con el Nobel de Física]", ha comentado Stella. Un experimento prometedor en este sentido podría realizarse desde el futuro satélite Gravity Probe B de la NASA.