La relatividad de Einstein se confirma a escala gal¨¢ctica

A principios del siglo pasado, un hombre imagin¨® que una persona viajaba por el espacio metida en un ascensor. Tambi¨¦n pens¨® en escarabajos ciegos que recorr¨ªan superficies curvas. Era Albert Einstein y esos experimentos mentales le ayudaron a formular la teor¨ªa general de la relatividad sin recurrir a telescopios que eran inimaginables en su ¨¦poca.

M¨¢s de un siglo despu¨¦s, dos de esos instrumentos ¡ªel telescopio espacial Hubble y el Telescopio Muy Grande, en Chile¡ª han permitido realizar la comprobaci¨®n de la teor¨ªa de la relatividad general m¨¢s precisa que se ha hecho fuera del Sistema Solar.

Einstein recurr¨ªa a experimentos imaginarios para explicar c¨®mo la fuerza de gravedad que genera una estrella curva el espacio y el tiempo a su alrededor, de forma que los escarabajos ciegos ¡ªy los fotones de la luz¡ª creen ir en l¨ªnea recta, pero en realidad siguen un camino curvo.

En 1912 el f¨ªsico garabate¨® en su cuaderno unas ecuaciones que describ¨ªan una de las consecuencias de la teor¨ªa general de la relatividad que publicar¨ªa tres a?os despu¨¦s. Los c¨¢lculos explicaban que las estrellas pueden actuar como lentes que amplifican la imagen de otras estrellas mucho m¨¢s lejanas que hay justo detr¨¢s. Cuanta m¨¢s masa tienen, m¨¢s curvan el espacio y m¨¢s clara es la imagen, que suele tener forma de anillo.

Un equipo internacional de astr¨®nomos se ha centrado en ESO325-G004, que est¨¢ a 450 millones de a?os luz de la Tierra y es una de las lentes gravitacionales m¨¢s cercanas. La galaxia ha ofrecido una oportunidad ¨²nica para poner a prueba la teor¨ªa de Einstein a escala gal¨¢ctica, es decir, en un rango de distancias de unos 6.000 a?os luz ( 56.000 billones de kil¨®metros). Esta galaxia hace de lente para otra que est¨¢ detr¨¢s, a m¨¢s de 10.000 millones de a?os luz.

Los astr¨®nomos han calculado la masa total de la galaxia en primer plano en funci¨®n de la velocidad de rotaci¨®n de sus estrellas, algo que hasta ahora no hab¨ªa sido posible con otras 200 lentes gravitacionales conocidas porque est¨¢n mucho m¨¢s lejos. Despu¨¦s se ha calculado el tipo de anillo de Einstein que deber¨ªa formarse en base a la relatividad general. El resultado, publicado hoy en Science, aporta el valor de la constante ¦Ã que expresa la curvatura del espacio-tiempo en funci¨®n de la masa de un cuerpo. Los resultados del estudio arrojan un valor de 0,97 con un margen de error de 0,09 arriba o abajo, consistente con el valor de 1 que le asigna la relatividad general.

¡°La raz¨®n por la que no hemos obtenido un 1 exacto es que la distancia a la que est¨¢ esta galaxia resta algo de exactitud a nuestras observaciones, pero es sin duda la comprobaci¨®n de la relatividad m¨¢s precisa que se ha realizado fuera de nuestro Sistema Solar¡±, explica Thomas Collett, cosm¨®logo de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) y primer autor del estudio. ¡°Es muy interesante que la teor¨ªa general de la relatividad, que se formul¨® en base al movimiento de planetas del Sistema Solar, describa a la perfecci¨®n el comportamiento del universo a escalas mucho mayores, aunque hay que reconocer que Einstein, de alguna manera, tambi¨¦n se equivoc¨®, pues no imagin¨® que las galaxias tambi¨¦n pueden funcionar como lentes gravitacionales¡±, resalta Collett.

¡°Es un estudio muy s¨®lido y con repercusiones grandes¡±, opina Gonzalo Olmo, investigador del Instituto de F¨ªsica Corpuscular de Valencia. ¡°Esta medida de la relatividad es muy precisa a escalas intermedias, entre el ¨¢mbito reducido que es nuestro Sistema Solar y las grandes distancias cosmol¨®gicas. Es importante porque permite descartar teor¨ªas alternativas de la gravedad que aportan valores de ¦Ã distintos a 1¡±, resalta.

"De alguna manera Einstein tambi¨¦n se equivoc¨®, pues no imagin¨® que las galaxias tambi¨¦n funcionan como lentes gravitacionales"

Algunas de esas teor¨ªas intentan explicar el universo sin materia oscura y energ¨ªa oscura, dos componentes que constituyen el 30% y el 65% del universo, respectivamente, y que son imprescindibles para que la relatividad sea correcta a escalas gal¨¢cticas y cosmol¨®gicas. Aunque no se conoce de qu¨¦ est¨¢n hechos ninguno de los dos componentes, s¨ª se han comprobado sus efectos en la rotaci¨®n de las estrellas, las galaxias y la estructura del universo observable. En cambio, ninguna de las teor¨ªas alternativas se han confirmado.

La energ¨ªa oscura tiene un papel fundamental porque explica por qu¨¦ el universo se est¨¢ expandiendo de forma acelerada, al contrario de lo que cabr¨ªa esperar por el efecto de la gravedad, algo que se descubri¨® en 1998 y mereci¨® el Nobel de F¨ªsica en 2011 a los autores del hallazgo. Ahora, el objetivo del equipo de Collett es hacer comprobaciones de la relatividad a escalas mayores, pero con la misma precisi¨®n que la actual.¡° Si confirmamos la relatividad a escalas de todo el universo con esta precisi¨®n ser¨¢ la demostraci¨®n definitiva de que la energ¨ªa oscura est¨¢ ah¨ª, aunque a¨²n no sepamos lo que es¡±, resalta.