La Teoría de la Relatividad General de Einstein, validada por un cúmulo de estrellas

Poner a prueba la gravedad es simple: salta desde la ventana del segundo piso y mira qué pasa. Es mucho más difícil poner a prueba la teoría de la gravedad de Albert Einstein - la Teoría de la Relatividad General - que dice que la gravedad de un objeto curva el espacio y el tiempo a su alrededor. Aunque los investigadores han demostrado la relatividad general en la escala del sistema solar, la validación a escalas cósmicas ha sido más difícil. Eso es exactamente lo que ha hecho ahora un grupo de astrofísicos en Dinamarca.

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os investigadores, encabezados por Radek Wojtak del Instituto Niels Bohr en la Universidad de Copenhague, se propusieron poner a prueba una predicción clásica de la relatividad general: que la luz pierde energía conforme escapa de un campo gravitatorio. Cuanto más fuerte sea el campo, mayor será la pérdida de energía sufrida por la luz. Como resultado, los fotones emitidos desde el centro de un cúmulo de galaxias - un objeto masivo que contiene miles de galaxias - debería perder más energía que los fotones que llegan desde el borde del cúmulo, ya que la gravedad es más fuerte en el centro. Y así, la luz que emerge del centro debe tener una longitud de onda más larga que la luz procedente de los bordes, moviéndose hacia el extremo rojo del espectro de luz. El efecto se conoce como desplazamiento gravitatorio al rojo.

Wojtak y sus colegas sabían que la medición del desplazamiento gravitatorio al rojo dentro de un único cúmulo de galaxias sería difícil, debido a que el efecto es muy pequeño y tiene que separarse del desplazamiento al rojo causado por la velocidad orbital de las galaxias individuales dentro del cúmulo y el desplazamiento al rojo provocado por la expansión del universo. Los investigadores abordaron el problema haciendo un promedio de los datos recopilados a partir de 8000 cúmulos de galaxias por el Sloan Digital Sky Survey. Se tenía la esperanza de detectar el desplazamiento gravitatorio al rojo "mediante el estudio de las propiedades de la distribución de desplazamiento al rojo de galaxias en los cúmulos, en lugar de mirar los desplazamientos al rojo de galaxias individuales por separado", explica Wojtak.

Efectivamente, los investigadores descubrieron que la luz de los cúmulos estaba desplazada hacia el rojo en proporción a la distancia desde el centro del cúmulo, según lo predicho por la relatividad general. "Pudimos medir pequeñas diferencias en el desplazamiento al rojo de las galaxias y ver que la luz procedente de las galaxias en el centro de un cúmulo tenía que 'arrastrarse' a través del campo gravitatorio, mientras que la luz de las galaxias exteriores surgía con mayor facilidad", comenta Wojtak. Los hallazgos aparecen on-line hoy en Nature.

Además de confirmar la relatividad general, los resultados apoyan el modelo del universo de Materia Oscura Fría Lambda, un modelo cosmológico ya popular según el cual la mayor parte del cosmos se compone de un material invisible que no interactúa con la materia que forma estrellas y planetas. La prueba también presta apoyo a la energía oscura, la misteriosa fuerza que parece estar separando el universo.

David Spergel, astrofísico de la Universidad de Princeton, felicita a Wojtak y sus colegas por "combinar inteligentemente" un gran conjunto de datos de cúmulos para detectar un "efecto sutil". Spergel comenta que: "Ésta es otra victoria para Einstein. … Esta prueba sobre los cúmulos sugiere que vivimos en un universo extraño con materia y energía oscuras, pero uno en el que la Teoría de la Relatividad de Einstein es válida a gran escala".