El pulsar binario


En 1967 Jocelyn Bell y Anthony Jewish estudiaban el medio interplanetario empleando un radio telescopio formado por una serie de antenas dispersas en un terreno abierto y encontraron una señal que se repetía con sorprendente regularidad, emitiendo un pulso cada 1.337 segundos. Al poco tiempo empezaron a descubrirse decenas de objetos de este tipo, con distintos periodos de pulsación, y que se denominaron pulsares. En el artículo de Hewish y Bell (y otros colaboradores) publicado en febrero de 1968 en la prestigiosa revista Nature se presentó como explicación mas probable de los pulsares el que se tratara de estrellas de neutrones en rotación. Hoy en día esta interpretación no solo sigue en pie sino que es plenamente aceptada entre la comunidad científica. Se han descubierto poco mas de mil pulsares, algunos con características únicas como PSR B1913+16.

PSR B1913+16 fue descubierto en 1973 por Robert Hulse y Joe Taylor durante un censo sistemático de pulsares empleando el radio telescopio de trescientos metros de Arecibo. Al poco tiempo de su descubrimiento Hulse y Taylor se dieron cuenta que se trataba del primer pulsar que se descubría en un sistema binario. Al moverse alrededor de su compañera invisible, era posible ver como variaba la frecuencia del pulso de PSR B1913+16 de acuerdo a un fenómeno físico conocido como efecto Doppler: cuando el pulsar se mueve hacia nosotros la frecuencia de las pulsaciones que uno mide aumenta, mientras que cuando se aleja disminuye. Los relojes atómicos y dispositivos electrónicos de los radio telescopios pueden medir con exquisita precisión (mas de diez dígitos) la frecuencia de las pulsaciones, permitiendo una estimación igualmente precisa de la velocidad con que se acercan o se alejan. Las mediciones mostraron que el periodo orbital, es decir el tiempo que tarda cada estrella en girar alrededor de su compañera (el año) era notablemente corto, menor a ocho horas. Estas dos estrellas giran una alrededor de la otra a velocidades mayores a mil kilómetros por segundo. Hulse y Taylor se dieron cuenta rapidamente del potencial de este objeto en probar la teoría general de la relatividad con una precisión sin precedente.

En 1915, cuando Albert Einstein enunció la teoría general de la relatividad, existía el problema del movimiento de mercurio. Mercurio, al igual que todos los planetas, describe una elipse con el Sol en uno de sus focos. A finales del siglo XIX se encontró que esta elipse a su vez giraba alrededor del Sol a razón de diminutos 43 segundos de arco por siglo (es decir una vuelta cada tres millones de años), movimiento que no era posible explicar dentro del marco de la mecánica de Newton. La teoría de la relatividad general explica este movimiento y predice exactamente el valor observado. De hecho un problema era que durante varias décadas pocos experimentos podian probar la teoría de la relatividad general, debido a que los efectos relativistas se manifiestan en entornos con campos gravitacionales mucho mas intensos que el del Sol. Con el descubrimiento del pulsar binario PSR B1913+16 los científicos contaron con un objeto ideal para el estudio de efectos relativistas: basicamente un reloj (el pulsar) en un campo gravitacional intenso. Al poco tiempo fue posible medir en este objeto la precesión del perihelio (o en este casi el periastro), resultó ser de poco mas de cuatro grados por año, es decir 35 mil veces mayor que en el caso de la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

El estudio de PSR B1913+16 permitió observar un efecto relativista nunca antes medido: el decaimiento de la órbita del pulsar. Después de seis años de medición se demostró que el periodo orbital de poco mas de siete horas decrece a razón de un segundo cada trece mil años. Este pequeño efecto se debe a la emisión de ondas gravitacionales, una consecuencia de la teoría de Einstein que no hemos podido medir con la tecnología existente en la actualidad. Aunque indirecta, el decaimiento de la órbita del pulsar binario es la única evidencia que tenemos de la existencia de ondas gravitacionales, descubrimiento que les valió el premio Nobel a Hulse y Taylor. El pulsar binario ha dado fuerte evidencia de que la teoría de la relatividad general es la mejor teoría que contamos para explicar el fenómeno de la gravedad, habiendo cumplido cabalmente con todas las pruebas a las que se le ha sometido. Entre las decenas de pulsares binarios que se han descubierto a la fecha, hay dos sistemas en los que es posible que se puedan eventualmente medir efectos relativistas, PSR B1534+12 y PSR J1518+4904. Sin embargo, dada su relevancia para estos estudios, PSR B1913+16 es normalmente llamado "El" pulsar binario.


Esperanza Carrasco Licea & Alberto Carramiñana Alonso
Diario Síntesis, 28 de noviembre del 2000

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