Una de las predicciones de la teoría general de la relatividad de Einstein es que cualquier cuerpo que gira arrastra con él el propio tejido del espacio-tiempo en su proximidad. Esto se conoce como «arrastre de marco».

En la vida cotidiana, el arrastre de marco es indetectable e intrascendente, ya que el efecto es tan ridículamente pequeño. La detección del arrastre del marco causado por todo el giro de la Tierra requiere satélites como el Gravity Probe B, de 750 millones de dólares, y la detección de cambios angulares en los giroscopios equivalentes a sólo un grado cada 100.000 años aproximadamente.

Por suerte para nosotros, el Universo contiene muchos laboratorios gravitacionales naturales donde los físicos pueden observar las predicciones de Einstein en funcionamiento con exquisito detalle.

La investigación de nuestro equipo, publicada hoy en Science, revela evidencias de arrastre de cuadros a una escala mucho más notable, utilizando un radiotelescopio y un par único de estrellas compactas que zumban una alrededor de la otra a velocidades vertiginosas.

El movimiento de estas estrellas habría dejado perplejos a los astrónomos de la época de Newton, ya que se mueven claramente en un espacio-tiempo deformado, y requieren la teoría general de la relatividad de Einstein para explicar sus trayectorias.

La relatividad general es el fundamento de la teoría gravitatoria moderna. Explica el movimiento preciso de las estrellas, los planetas y los satélites, e incluso el flujo del tiempo. Una de sus predicciones menos conocidas es que los cuerpos que giran arrastran el espacio-tiempo con ellos. Cuanto más rápido gire un objeto y más masivo sea, más potente será el arrastre.

Un tipo de objeto para el que esto es muy relevante se llama enana blanca. Se trata de los núcleos sobrantes de estrellas muertas que alguna vez tuvieron una masa varias veces superior a la de nuestro Sol, pero que han agotado su combustible de hidrógeno.

Lo que queda tiene un tamaño similar al de la Tierra pero es cientos de miles de veces más masivo. Las enanas blancas también pueden girar muy rápidamente, rotando cada uno o dos minutos, en lugar de cada 24 horas como lo hace la Tierra.

El arrastre del marco causado por una enana blanca de este tipo sería aproximadamente 100 millones de veces más potente que el de la Tierra.

Eso está muy bien, pero no podemos volar a una enana blanca y lanzar satélites a su alrededor. Afortunadamente, sin embargo, la naturaleza es amable con los astrónomos y tiene su propia manera de permitirnos observarlas, a través de estrellas en órbita llamadas púlsares.

Hace veinte años, el radiotelescopio Parkes de la CSIRO descubrió una pareja estelar única formada por una enana blanca (del tamaño de la Tierra pero unas 300.000 veces más pesada) y un púlsar de radio (del tamaño de una ciudad pero 400.000 veces más pesado).

Comparados con las enanas blancas, los púlsares están en otra liga. No están formados por átomos convencionales, sino por neutrones fuertemente empaquetados, lo que los hace increíblemente densos. Además, el púlsar de nuestro estudio gira 150 veces cada minuto.

Esto significa que, 150 veces cada minuto, un «haz de luz» de ondas de radio emitidas por este púlsar pasa por nuestro punto de vista aquí en la Tierra. Esto nos permite trazar un mapa de la trayectoria del púlsar en su órbita alrededor de la enana blanca, calculando el momento en que su pulso llega a nuestro telescopio y conociendo la velocidad de la luz. Este método reveló que las dos estrellas se orbitan mutuamente en menos de 5 horas.

Este par, oficialmente llamado PSR J1141-6545, es un laboratorio gravitacional ideal. Desde 2001 hemos viajado a Parkes varias veces al año para cartografiar la órbita de este sistema, que muestra una multitud de efectos gravitatorios de Einstein.

Mapear la evolución de las órbitas no es para los impacientes, pero nuestras mediciones son ridículamente precisas. Aunque PSR J1141-6545 está a varios cientos de cuatrillones de kilómetros (un cuatrillón es un millón de billones), sabemos que el púlsar gira 2,5387230404 veces por segundo, y que su órbita da vueltas en el espacio.

Esto significa que el plano de su órbita no es fijo, sino que gira lentamente.

¿Cómo se formó este sistema?

Cuando nacen pares de estrellas, la más masiva muere primero, creando a menudo una enana blanca. Antes de que la segunda estrella muera, transfiere materia a su compañera la enana blanca.

Se forma un disco a medida que este material cae hacia la enana blanca, y en el transcurso de decenas de miles de años acelera la enana blanca, hasta que gira cada pocos minutos.

En casos raros como éste, la segunda estrella puede detonar en una supernova, dejando atrás un púlsar. La enana blanca, que gira rápidamente, arrastra el espacio-tiempo con ella, haciendo que el plano orbital del púlsar se incline al ser arrastrado. Esta inclinación es lo que observamos a través de nuestra paciente cartografía de la órbita del púlsar.

El propio Einstein pensaba que muchas de sus predicciones sobre el espacio y el tiempo nunca serían observables. Pero en los últimos años se ha producido una revolución en la astrofísica extrema, incluyendo el descubrimiento de las ondas gravitacionales y la obtención de imágenes de la sombra de un agujero negro con una red mundial de telescopios. Estos descubrimientos fueron realizados por instalaciones de mil millones de dólares.

Afortunadamente, todavía hay un papel en la exploración de la relatividad general para radiotelescopios de 50 años de antigüedad como el de Parkes, y para las pacientes campañas de generaciones de estudiantes graduados.

Matthew Bailes, ARC Laureate Fellow, Swinburne University of Technology., Swinburne University of Technology y Vivek Venkatraman Krishnan, Scientific staff, Max Planck Institute.

Este artículo se publica de nuevo en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.