Premio Novel de Física 1993
Pulsar y Relatividad
Russell Hulse y Joseph Taylor ganaron el Premio Nobel de Física 1993, por haber descubierto, en 1974, un objeto estelar emisor de ondas gravitacionales, llamado pulsar binario, que confirmó las predicciones de la teoría de la relatividad. Para ver la importancia del descubrimiento recordemos un poco la teoría de la relatividad planteada por el Albert Einstein.
En 1905, Albert Einstein con la teoría de la relatividad removió las bases de la física. Una primera parte, llamada relatividad restringida, establece, entre otras cosas, que independientemente del observador, la velocidad de la luz se mantiene constante (c) y en línea recta en el vacío. La segunda parte de la teoría es llamada relatividad general, otorga a la materia la capacidad de modificar el espacio, curvándolo, de modo que, por ejemplo, la luz no viajaría en línea recta como sí lo hace en el vacío.
La teoría de la relatividad restringida tuvo convincentes comprobaciones experimentales. Sin embargo, para que la relatividad general sea aceptada se le exigía tres pruebas.
La primera llegó inmediatamente: fue la explicación de la aparente anomalía del período de rotación del planeta Mercurio. La segunda observación, en 1919, la que trajo celebridad a Einstein, fue la deflección de la luz estelar que pasó cerca del sol en ocasión de un eclipse. Luego vino un tiempo muerto para las pruebas de la relatividad. El período 1959-1960, debido a que se contaba con recursos tecnológicos avanzados, fue extremadamente fructífero, reactivándose intensamente la experimentación sobre la relatividad. Se logró observar gigantescas estrellas, millones de veces más masivas que el sol, que se encontraban en los confines del cosmos. En 1960, Robert Pound y Glen Rebka hijo anunciaban la comprobación del corrimiento al rojo de la luz (corrimiento de la longitud de onda), emitida por una estrella que se aleja de la Tierra a gran velocidad, lo que constituía la tercera prueba clásica, propuesta por Einstein en 1907.
El 26 de setiembre de 1960, en el observatorio Monte Palomar se observó la radio fuente 3c48, a la que se le llamó quasar (quasi stellar) considerado como los objetos celestes más distantes, brillantes y viejos del universo. El gran corrimiento al rojo de la luz de los quasares indicaban que éstos viajaban a gran velocidad: La luz que emite un quasar es unas 100 billones de veces más intensa que una estrella común.
Pero había otro aspecto de la teoría de la relatividad que permanecía sin prueba. En 1916, Einstein demuestra con las ecuaciones de la relatividad general el carácter ondulatorio de la gravitación. Una de las conclusiones es que los cuerpos girando emiten ondas gravitacionales que se desplazan con la velocidad de la luz (de la misma forma como las cargas girando emiten ondas electromagnéticas) y que estas ondas gravitacionales trasportan energía.
El 1967, el astrofísico británico Anthony Hewish descubrió un extraordinario objeto celeste que emitía radioseñales (las que algunos interpretaron como eventuales señales de seres extraterrestres) el que fue identificado como los restos de la explosión de una estrella, reducido a un pequeño volumen pero con una enorme cantidad de masa. A este objeto se llamó pulsar.
En 1974, en el radiotelescopio Arecibo de Puerto Rico, Russell Hulse y Joseph Taylor descubren un pulsar binario identificado como PSR 1913 + 16. Se trataba de dos pulsares. Las órbitas eran muy cercanos. Estas estaban separadas por una distancia equivalente al radio solar y sus velocidades eran de 300 kilómetros por segundo. EL período de órbita era de 8 horas.
Con el pulsar binario se pudo reconfirmar las pruebas antes mencionadas sobre la variación en el período de órbitas y el corrimiento al rojo de la luz emitida por estrellas que se alejan de la Tierra.
Pero lo nuevo y trascendental fue la comprobación de las ondas gravitacionales emitidas con el pulsar binario, las que le hacían perder energía, de acuerdo a las predicciones de la relatividad general. Esta pérdida de energía del sistema se traducía en pérdida de energía de rotación, que producía una órbita en espiral, que iba disminuyendo en radio y en período. Los resultados definitivos fueron logrados por Taylor y colegas el año 1979, precisamente para el centenario del nacimiento de Albert Einstein.
Estos resultados dieron inicio a una serie de controversias científicas, que duraron una década, intensa en investigaciones sobre la relatividad general. A principios de los años 80 se llegó, finalmente, a un acuerdo casi unánime sobre el entendimiento de la naturaleza de las ondas gravitacionales emitidas por el pulsar binario, reflejadas en la pérdida de energía de ese sistema.
Hoy en día, se está tratando febrilmente de detectar las ondas gravitacionales, como se hace fácilmente con las ondas electromagnéticas con antenas convencionales. Queda por saber si se logrará construir la antena que detecte las ondas gravitacionales que están en todas partes pero que no se dejan sentir tan fácilmente.