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Desafiando la teoría más grande de Einstein en un experimento de 16 años: teoría de la relatividad general probada con estrellas extremas

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Desafiando la teoría más grande de Einstein en un experimento de 16 años: teoría de la relatividad general probada con estrellas extremas

Los investigadores llevaron a cabo un experimento de 16 años para desafiar la teoría general de la relatividad de Einstein. El equipo internacional observó las estrellas, un par de estrellas extremas llamadas púlsares para ser precisos, a través de siete radiotelescopios de todo el mundo. Crédito: Instituto Max Planck de Radioastronomía

Investigadores de la Universidad de East Anglia y la Universidad de Manchester ayudaron a realizar un experimento de 16 años para desafiar la teoría general de la relatividad de Einstein.

El equipo internacional observó las estrellas, un par de estrellas extremas llamadas púlsares para ser precisos, a través de siete radiotelescopios de todo el mundo.

Y los usaron para desafiar la teoría más famosa de Einstein con algunas de las pruebas más rigurosas hasta el momento.

El estudio, publicado hoy (13 de diciembre de 2021) en la revista Examen físico X, revela nuevos efectos relativistas que, aunque esperados, ahora se observan por primera vez.

El Dr. Robert Ferdman, de la Escuela de Física de la UEA, dijo: “Por espectacularmente exitosa que sea la teoría general de la relatividad de Einstein, sabemos que no es la última palabra en la teoría gravitacional.

Ilustración del púlsar doble

Los investigadores llevaron a cabo un experimento de 16 años para desafiar la teoría general de la relatividad de Einstein. El equipo internacional observó las estrellas, un par de estrellas extremas llamadas púlsares para ser precisos, a través de siete radiotelescopios de todo el mundo. Crédito: Instituto Max Planck de Radioastronomía

“Más de 100 años después, los científicos de todo el mundo continúan sus esfuerzos para encontrar fallas en su teoría.

“La relatividad general no es compatible con las otras fuerzas fundamentales, descritas por la mecánica cuántica. Por tanto, es importante seguir poniendo las pruebas más rigurosas posibles sobre la relatividad general, para descubrir cómo y cuándo colapsa la teoría.

“Encontrar una desviación de la relatividad general sería un descubrimiento importante que abriría una ventana a una nueva física más allá de nuestra comprensión teórica actual del Universo.

«Y puede ayudarnos a descubrir eventualmente una teoría unificada de las fuerzas fundamentales de la naturaleza».

Dirigido por Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, el equipo internacional de investigadores de diez países sometió la teoría de Einstein a las pruebas más rigurosas hasta la fecha.

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El Dr. Ferdman dijo: «A pulsar es una estrella compacta giratoria altamente magnetizada que emite rayos de radiación electromagnética desde sus polos magnéticos.

“Pesan más que nuestro sol, pero solo tienen alrededor de 15 millas de diámetro. Entonces, estos son objetos increíblemente densos que producen rayos de radio que barren el cielo como una baliza.

“Estudiamos un púlsar doble, que fue descubierto por miembros del equipo en 2003 y presenta el laboratorio más preciso que tenemos actualmente para probar la teoría de Einstein. Por supuesto, su teoría fue concebida cuando ni este tipo de estrellas extremas, ni las técnicas utilizadas para estudiarlas, podían imaginarse.

El doble púlsar consta de dos púlsares que giran uno alrededor del otro en solo 147 minutos con velocidades de alrededor de 1 millón de km / h. Un púlsar gira muy rápido, unas 44 veces por segundo. El compañero es joven y tiene un período de rotación de 2,8 segundos. Es su movimiento alrededor del otro lo que puede usarse como un laboratorio de gravedad casi perfecto.

Se utilizaron siete radiotelescopios sensibles para observar este doble púlsar: en Australia, Estados Unidos, Francia, Alemania, Países Bajos y Reino Unido (el radiotelescopio Lovell).

El profesor Kramer dijo: “Hemos estudiado un sistema estelar compacto que es un laboratorio incomparable para probar las teorías de la gravedad en presencia de campos gravitacionales muy fuertes.

“Para nuestro deleite, pudimos probar una piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por ondas gravitacionales, con una precisión 25 veces mayor que la del púlsar Hulse-Taylor, ganador del Premio Nobel, y 1.000 veces mayor de lo que es posible actualmente con los detectores de ondas gravitacionales.

Explicó que las observaciones no solo concuerdan con la teoría, «sino que también pudimos ver efectos que antes no se podían estudiar».

El profesor Benjamin Stappers, de la Universidad de Manchester, dijo: “El descubrimiento del sistema de púlsar doble se realizó como parte de una investigación codirigida por la Universidad de Manchester y nos presentó el único ejemplo conocido. De dos relojes cósmicos que permiten la medición de la estructura y evolución de un campo gravitacional intenso.

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“El Telescopio Lovell del Observatorio Jodrell Bank lo ha estado monitoreando cada dos semanas desde entonces. Esta larga base de observaciones frecuentes y de alta calidad proporcionó un excelente conjunto de datos para combinar con los de los observatorios de todo el mundo.

La profesora Ingrid Stairs de la Universidad de British Columbia en Vancouver dijo: “Seguimos la propagación de fotones de radio emitidos por una baliza cósmica, un púlsar, y seguimos su movimiento en el fuerte campo gravitacional de un púlsar compañero.

“Vemos por primera vez cómo la luz no solo se retrasa debido a una fuerte curvatura del espacio-tiempo alrededor del compañero, sino también que la luz se desvía en un pequeño ángulo de 0,04 grados que podemos detectar. Nunca antes se había llevado a cabo un experimento de este tipo con una curvatura espacio-temporal tan alta.

El profesor Dick Manchester, de la Agencia Nacional de Ciencias de Australia, CSIRO, dijo: Relatividad: ¡siete en total!

“Además de las ondas gravitacionales y la propagación de la luz, nuestra precisión también nos permite medir el efecto de la ‘dilatación del tiempo’ que ralentiza los relojes en los campos gravitacionales.

«Incluso tenemos que tomar la famosa ecuación de Einstein E = mc2 en cuenta al examinar el efecto de la radiación electromagnética emitida por el púlsar que gira rápidamente sobre el movimiento orbital.

“¡Esta radiación corresponde a una pérdida de masa de 8 millones de toneladas por segundo! Si bien eso suena a mucho, es solo una pequeña fracción – ¡3 de un billón de billones (!) – de la masa del púlsar por segundo.

Los investigadores también midieron, con una precisión de 1 parte en un millón (!), Que la órbita cambia de orientación, un efecto relativista también conocido de la órbita de Mercurio, pero aquí 140.000 veces más fuerte.

Se dieron cuenta de que a este nivel de precisión, también debían tener en cuenta el impacto de la rotación del púlsar en el espacio-tiempo circundante, que es «impulsado» por el púlsar giratorio.

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El Dr. Norbert Wex de MPIfR, otro autor principal del estudio, dijo: “Los físicos lo llaman efecto Lense-Thirring o deslizamiento de la trama. En nuestra experiencia, esto significa que tenemos que considerar la estructura interna de un púlsar como un estrella neutrón.

«Por lo tanto, nuestras mediciones nos permiten por primera vez utilizar el seguimiento de precisión de las rotaciones de la estrella de neutrones, una técnica que llamamos sincronización de púlsar para proporcionar restricciones sobre la extensión de neutrones de estrella a estrella».

La técnica de sincronización de púlsar se combinó con cuidadosas mediciones interferométricas del sistema para determinar su distancia con imágenes de alta resolución, lo que resultó en un valor de 2.400 años luz con un margen de error de solo el 8%.

El miembro del equipo, el profesor Adam Deller de la Universidad de Swinburne en Australia, responsable de esta parte del experimento, dijo: “Es la combinación de diferentes técnicas de observación complementarias lo que se suma al valor extremo de la experiencia. En el pasado, estudios similares a menudo se vieron obstaculizados por el conocimiento limitado de la distancia de tales sistemas.

Este no es el caso aquí, donde además de la sincronización de los púlsares y la interferometría, también se ha tenido muy en cuenta la información extraída de los efectos debidos al medio interestelar.

El profesor Bill Coles de la Universidad de California en San Diego está de acuerdo: “Hemos reunido toda la información posible sobre el sistema y hemos creado una imagen perfectamente cohesiva, que involucra la física de muchos campos diferentes, como la física nuclear, la gravedad, el medio interestelar, plasma físico y más. Es bastante extraordinario. «

Paulo Freire, también de MPIfR, dijo: “Nuestros resultados son complementarios a otros estudios experimentales que prueban la gravedad en otras condiciones o ven diferentes efectos, como los detectores de ondas gravitacionales o el telescopio Event Horizon.

«También complementan otros experimentos de púlsares, como nuestro experimento de sincronización con el púlsar en un sistema de estrella triple, que proporcionó una excelente prueba independiente de la universalidad de la caída libre».

El profesor Kramer añadió: “Hemos alcanzado un nivel de precisión sin precedentes. Los experimentos futuros con telescopios aún más grandes pueden ir aún más lejos.

“Nuestro trabajo ha demostrado cómo se deben realizar tales experimentos y qué efectos sutiles deben tenerse en cuenta ahora. Y, quizás, algún día encontremos una desviación de la relatividad general. «

Referencia: «Pruebas de gravedad de campo fuerte con el doble pulsador» por M. Kramer et al., 13 de diciembre de 2021, Examen físico X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.041050

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El asteroide Apophis se acercará a la Tierra en 2029

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El espectáculo de la lluvia de meteoritos de las Perseidas ilumina el cielo nocturno

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El espectáculo de la lluvia de meteoritos de las Perseidas ilumina el cielo nocturno

La lluvia de meteoritos de las Perseidas de 2024 alcanzará su punto máximo del 11 al 12 de agosto y podrá disfrutarse lejos de las luces de la ciudad después de que la luna se ponga temprano en la noche. Prepárese para temperaturas frescas y lleve suministros a un evento de observación local para pasar una noche cómoda e impresionante bajo los meteoros. (Concepto del artista). Crédito: SciTechDaily.com

La lluvia de meteoritos de las Perseidas de 2024, que alcanzará su punto máximo la noche del 11 de agosto, promete un espectáculo impresionante, aunque la visibilidad podría verse ligeramente obstaculizada por la luna creciente.

Las condiciones ideales para verlo incluyen cielos oscuros y despejados, lejos de las luces de la ciudad, y la mejor manera de aprovechar la lluvia es asistir a una fiesta de observación local, mantenerse abrigado y tener paciencia. Recursos útiles de NASA y otros sitios de astronomía ofrecen consejos y herramientas para rastrear los picos de lluvia.

Lluvia de meteoritos de las Perseidas de 2024

¿Estás listo para las Perseidas de 2024? Se espera que su pico sea en la noche del 11 de agosto a la mañana del 12 de agosto, con buena visibilidad las noches anteriores y posteriores. ¡Es posible que ya hayas visto algunas Perseidas surcando el cielo de verano!

Esta lluvia, parte del flujo de escombros del cometa. Swift-TuttleEn realidad, comienza a mediados o finales de julio y dura hasta la mayor parte de agosto. Si bien la mayoría de estas noches solo presentan unos pocos meteoros por hora, el pico de las Perseidas trae muchos, muchos más. ¿Cuánto más? En realidad, el número varía cada año; puede que sólo haya unas pocas docenas por hora, pero algunos años raros traen una breve «explosión» de hasta doscientas hermosas «estrellas fugaces» por hora.

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Condiciones y horarios de visualización

Este año las Perseidas se verán ligeramente afectadas por una Luna creciente del 53%, ¡pero la Luna se pondrá correctamente cuando las Perseidas comiencen a alcanzar su punto máximo! Esto significa que si estás en un área libre de contaminación lumínica y tienes cielos despejados, ¡es posible que puedas ver varios meteoros durante la noche! ¿Cuántos podrás ver? Sólo hay una manera de experimentar el poder de las Perseidas por ti mismo este año: ¡sal y observa pacientemente!

Consejos para mejorar su experiencia visual

Tenemos algunos consejos para ayudarle a aprovechar al máximo su experiencia de observación de lluvias de meteoritos:

  • ¡Salir de la ciudad! Intenta ir al lugar más oscuro posible. Cuanto más oscuro esté, más meteoros verás cruzando el cielo.
  • Consulta la previsión meteorológica para esa noche. Es posible que deba observar dos o tres áreas para obtener pronósticos de niebla, nubes y temperatura. Algunos sitios meteorológicos incluso ofrecen pronósticos especialmente adaptados para observar el cielo. Asegúrate de tener cielos despejados para acompañar a los cielos oscuros.
  • ¡Encuentra una fiesta de lluvia de meteoritos! Asista a una reunión de personas con ideas afines en un parque local o a un evento organizado por un club de astronomía local, ¡especialmente si es su primera vez! Encuentre un festival de Perseidas buscando en la red Night Sky para clubes cerca de tio por buscar eventos cerca de ti
  • Manténgase abrigado y cómodo al aire libre: ¡esté preparado! Estarás bastante tiempo afuera y querrás recostarte boca arriba para aprovechar el cielo. Para mantenerte abrigado, trae manta, chaqueta, gorro, bebida caliente y agua. Quizás pienses que es una tontería traer ropa abrigada en pleno verano, pero a altas horas de la noche la temperatura puede bajar lo suficiente como para hacer fresco. Si estás en una zona donde hay muchos insectos, querrás aplicar repelente de insectos para evitar picaduras irritantes.
  • ¡Trae a tus amigos y familiares! ¡La compañía bajo un cielo estrellado es maravillosa y tiene el beneficio adicional de que hay más ojos puestos en el cielo! Los grupos pueden detectar más meteoros que individuos individuales y ayudarse mutuamente a encontrar «puntos calientes» en el cielo. (Además, si estás en la naturaleza y en la oscuridad, una buena compañía te ayudará a sentirte más seguro).
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Recursos e información adicionales

Para obtener más información sobre una de nuestras lluvias de meteoritos favoritas, consulte Página de la NASA sobre las Perseidas Y La gran guía de observación de EarthSky. También deberías consultar JPLEl vídeo «¿Qué hay de nuevo?» » de agosto de 2023 de Preston Dyches (incluido arriba) ofrece excelentes consejos sobre cómo observar las Perseidas, así como otros objetos para buscar en el cielo nocturno mientras espera estos rastros brillantes. También puedes utilizar el vídeo de la NASA. Aplicación de la actividad de lluvia de meteoritos “Fluximator” para intentar predecir cuándo ocurrirá el pico de actividad en su área. También tenemos un documento que puedes utilizar durante tus veladas de observación de estrellas y eventos de sensibilización: Atención ! es una lluvia de meteoritos página de recursos.

¡Diviértete y que el cielo esté despejado y el clima sea agradable para tu fiesta de lluvia de meteoritos!

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La parte más peligrosa de una misión espacial es el fuego.

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La parte más peligrosa de una misión espacial es el fuego.

Los astronautas enfrentan muchos riesgos durante los vuelos espaciales, como la microgravedad y la exposición a la radiación. La microgravedad puede disminuir la densidad ósea y la exposición a la radiación es cancerígena. Sin embargo, estos son efectos crónicos.

El mayor riesgo para los astronautas es el incendio, porque sería difícil escapar durante una misión larga a Marte o a otro lugar más allá de la órbita terrestre baja. Los científicos estudian el comportamiento del fuego a bordo de naves espaciales para proteger a los astronautas.

Los científicos del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen estudian los riesgos de incendio a bordo de naves espaciales. Publicaron un nuevo estudio en las Actas del Instituto de Combustión titulado “Efecto de la concentración de oxígeno, la presión y la velocidad del flujo opuesto sobre la propagación de la llama a lo largo de láminas delgadas de PMMA.“El autor principal es Hans-Christoph Ries.

«Un incendio a bordo de una nave espacial es uno de los escenarios más peligrosos en las misiones espaciales», explica el Dr. Florian Meyer, jefe del grupo de investigación de tecnología de combustión de ZARM. “Prácticamente no existe ninguna posibilidad de ponerse a salvo o escapar de una nave espacial. Por tanto, es fundamental comprender el comportamiento de los incendios en estas condiciones particulares. »

Desde 2016, ZARM estudia el comportamiento y la propagación del fuego en condiciones de microgravedad como las de la ISS. Estas condiciones también incluyen un nivel de oxígeno similar al de la Tierra, circulación de aire forzada y presión ambiental similar a la de la Tierra. La NASA tiene realizar experimentos similaresy ahora sabemos que el fuego se comporta de manera diferente en microgravedad que en la Tierra.

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Inicialmente, un incendio arde con una llama más pequeña y tarda más en propagarse. Esto tiene una ventaja para el incendio porque no se detectará tan rápidamente. El fuego también arde a mayor temperatura en microgravedad, lo que significa que algunos materiales que no son combustibles en condiciones normales de la Tierra podrían arder en una nave espacial, creando sustancias químicas tóxicas en el aire de la nave.

Las naves espaciales destinadas a misiones a Marte operarán en un entorno diferente al de la ISS. La presión del aire ambiente será menor, lo que tiene dos beneficios: hace que la nave espacial sea más liviana y permite a los astronautas prepararse para misiones externas más rápidamente. Sin embargo, la menor presión ambiental introduce otro cambio crítico en el entorno de la nave espacial. El contenido de oxígeno debe ser mayor para satisfacer las necesidades respiratorias de los astronautas.

En estas últimas pruebas, el equipo ZARM probó el fuego en estas condiciones revisadas.

PMMA significa polimetacrilato de metilo y generalmente se denomina acrílico. Es un material de uso común en lugar del vidrio porque es liviano e irrompible. La ISS no lo utiliza, pero se está desarrollando para su uso en futuras naves espaciales. La cápsula de Orión utiliza acrílico fusionado con otros materiales para las ventanas, y es probable que las futuras naves espaciales utilicen algo similar.

En sus experimentos, los investigadores prendieron fuego a láminas de vidrio acrílico y variaron tres factores ambientales: presión ambiental, contenido de oxígeno y velocidad del flujo.

Esta tabla en la figura es la matriz de prueba para los experimentos. La X y la O simple indican caudales: X = 100 mm/s, O = 30–200 mm/s. Crédito de la imagen: Ries et al. 2024.

Ellos usaron el Torre de caída libre de Bremen para simular la microgravedad.

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Los experimentos han demostrado que una presión ambiental más baja mitiga los riesgos de incendio. Por el contrario, un mayor contenido de oxígeno tiene un efecto más potente. El nivel de oxígeno en la ISS es del 21%, como en la Tierra. Las futuras naves espaciales con una presión ambiental más baja tendrán niveles de oxígeno de hasta el 35%. Esto provoca un aumento considerable del riesgo de incendio para los astronautas. Los resultados muestran que un incendio puede propagarse tres veces más rápido que en condiciones terrestres.

“Nuestros resultados resaltan factores críticos que deben considerarse al desarrollar protocolos de seguridad contra incendios para misiones espaciales astronáuticas. »

Dr. Florian Meyer, grupo de investigación sobre tecnología de combustión ZARM

Esta figura del estudio muestra una serie temporal de imágenes infrarrojas de las pruebas.  Muestran un fuego sobre una película acrílica en condiciones de microgravedad con un flujo de aire de 100 mm/segundo, 75 kPa y 28,3% de oxígeno.  Las líneas de puntos blancas muestran el contorno de la muestra de acrílico.  Las líneas de puntos verdes son las líneas de clasificación utilizadas para medir la velocidad de propagación del fuego.  En la figura b, la barra horizontal rosa debajo del frente de propagación es el encendedor.  Crédito de la imagen: Ries et al.  2024.
Esta figura del estudio muestra una serie temporal de imágenes infrarrojas de las pruebas. Muestran un fuego sobre una película acrílica en condiciones de microgravedad con un flujo de aire de 100 mm/segundo, 75 kPa y 28,3% de oxígeno. Las líneas de puntos blancas muestran el contorno de la muestra de acrílico. Las líneas de puntos verdes son las líneas de clasificación utilizadas para medir la velocidad de propagación del fuego. en el panel bla barra horizontal rosa debajo del frente de propagación es el encendedor. Crédito de la imagen: Ries et al. 2024.

Todos sabemos que un mayor flujo de aire propaga el fuego más rápidamente; Por eso soplamos una llama pequeña para crear un fuego más grande. Un mayor flujo de aire proporciona más oxígeno, lo que aumenta la combustión. Por tanto, el aumento del flujo de aire en una atmósfera con alto contenido de oxígeno crea una situación peligrosa para los astronautas.

«Nuestros resultados resaltan factores críticos que deben considerarse al desarrollar protocolos de seguridad contra incendios para misiones espaciales astronáuticas», dijo el Dr. Florian Meyer. “Al comprender cómo se propagan las llamas en diferentes condiciones atmosféricas, podemos mitigar el riesgo de incendio y mejorar la seguridad de la tripulación. »

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