El Sol pone a prueba la relatividad

Alternativas a la teoría general de la relatividad de Einstein pueden ser investigadas estudiando el Sol. Ese es el reclamo de un grupo de físicos de Portugal, que han descubierto que una variante de la teoría presentada hace casi un siglo por Arthur Eddington es limitada, pero no descartada por las observaciones de neutrinos solares y las ondas acústicas.

la teoría general de la relatividad, que describe la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo por objetos masivos, hasta el momento ha superado todas las pruebas experimentales y de observación ideadas por los físicos. Pero la teoría presenta una serie de problemas. Además de la dificultad de unificarse con la mecánica cuántica y el desafío de explicar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, sigue existiendo el problema conceptual de las singularidades, donde las leyes de la física colapsan.

Dado que Einstein introdujo la relatividad general en 1916, las alternativas que se han propuesto han sido muchas. El año pasado, Máximo Bañados de la Pontificia Universidad Católica de Chile y Pedro Ferreira de la Universidad de Oxford informaron de una variante de una teoría originalmente propuesta por el astrofísico británico Arthur Eddington que añade el término gravitacional repulsivo a la relatividad general. Esto tiene la virtud de eliminar la necesidad de singularidades que se requieren, y como resultado no predice que el universo se originó a partir del Big Bang, ni tampoco implica la formación de agujeros negros.

Cuando se considera un campo gravitatorio en el vacío, la teoría de Eddington, es equivalente a la relatividad general y predice diferentes efectos para la gravedad que actúa dentro de la materia. El lugar ideal para buscar esas diferencias sería el interior de las estrellas de neutrones, pero el interior de las estrellas de neutrones no se entiende lo suficiente como para comparar las teorías.

La respuesta, dice Jordi Casanellas Jordi y sus colegas de la Universidad Técnica de Lisboa, es utilizar el sol. Cómo una fuente mucho menos extrema de gravedad que una estrella de neutrones, el funcionamiento interno del Sol es descrita con precisión por los modelos solares. El grupo de Casanellas  ha calculado que incluso en su forma no relativista newtoniana, la teoría de Eddington  debe predecir las diferencias medibles en la radiación solar en comparación con la teoría gravitacional estándar.

Los investigadores de Lisboa han mostrado que la presencia del término gravedad repulsiva en la teoría de los Bañados y Ferreira es similar a establecer un valor diferente para la materia dentro de la constante gravitacional. Y con una fuerza de gravedad mayor o menor de la que podríamos encontrar en el interior del Sol, la temperatura solar interior también se modifica, porque el Sol se supone que está en equilibrio hidrostático. Esto significa que la presión hacia el interior de su masa se equilibra con la presión exterior térmica generada por las reacciones de fusión de su interior. Una temperatura más alta implica un mayor índice de quema de fusión, que a su vez implica mayores tasas de emisión de neutrinos solares.

Del mismo modo, una fuerza diferente de  gravedad en el interior del Sol implica una variación en su densidad, que debe modificar la propagación de ondas acústicas medibles utilizando técnicas de heliosismología.

Casanellas y sus compañeros de trabajo han demostrado que las observaciones realizadas por telescopios de neutrinos del flujo de neutrinos solares procedentes de la reacción en cadena protón-protón que produce el boro-8 reduce la corrección de la relatividad general, el cálculo de un límite superior para la constante de gravitación efectiva. Combinado con un límite inferior a partir de datos obtenidos mediante mediciones heliosísmicas, los investigadores son capaces de poner una limitación importante en la teoría de Eddington. Sin embargo, señalan que sus cálculos no descartan esa teoría.

Los investigadores dicen que una mejora en los límites superior e inferior será difícil debido a la incertidumbre en algunos de los parámetros dentro de los modelos solares, tales como la abundancia de helio en la superficie solar. Como tal, las medidas más sensibles de los flujos de neutrinos es probable que tengan un gran impacto.Pero ellos creen que su método podría ser utilizado para restringir otras teorías alternativas de la gravedad.

Al final, añade el miembro del equipo Paolo Pani, estas teorías pueden ser probadas experimentalmente mediante la medición, por ejemplo, de la atracción gravitacional entre una bola de metal que se inserta en un agujero en la tierra y la masa de la Tierra que lo rodea. La idea sería hacer el agujero lo suficientemente grande como para que la pelota encajara, de modo que lo que se midiera sería la fuerza de la gravedad a través de la materia y no el vacío circundante (en este caso el aire). Sin embargo, Pani señala que ello sería un reto experimental considerable.

Clifford Will de la Universidad de Washington en St Louis, EE.UU., describe el último trabajo como un “buen ejemplo de la utilización del sol como laboratorio para poner a prueba la física fundamental”, pero agregó que “no está claro si los límites propuestos por este trabajo representan una amenaza seria a las actuales teorías de gravedad alternativa “.

La investigación se publicó en arXiv: 1109.0249.

Autor: Edwin Cartlidge

Enlace original: Sun puts relativity to the test