Predictive Science Inc. desarrolló un modelo numérico que simulaba el aspecto de la corona durante el eclipse total de Sol del 21 de agosto de 2017. Esta animación compara una imagen compuesta generada a partir de fotografías tomadas el día del eclipse total (21 de Agosto de 2017) con las predicciones del modelo. Más información.
Predictive Science Inc. / Miloslav Druckmüller, Peter Aniol, Shadia Habbal / NASA Goddard, Joy Ng /Sky & Telescope.
Celebramos esta episodio trascedental, con una selección de artículos que se refieren a casos físicos concretos, cuya explicación la da la Teoría de la Relatividad General. Dedicamos un párrafo para el aficionado donde mostramos, una recreación del experimento de 1919 durante el Gran Eclipse de Norteamérica de 2017, junto a los proyectos en curso de ciencia ciudadana asociados a la Colaboración LIGO. Te señalamos los cursos abiertos en línea, que se ofrecen sobre estos temas y mencionamos un hilo en Twitter especialmente dedicado a la Gravedad y sus manifestaciones.
El siguiente artículo es un extracto del libro ‘Einstein’s War: How Relativity Conquered Nationalism and Shook the World’ (2019) de Matthew Stanley, publicado por “Penguin Books”, aborda de manera excelente la comprobación de la Relatividad General con el eclipse total de Sol de 1919 y nos enseña el dificil panorama mundial en que tuvo lugar:
Curving the Universe. A century ago, a team of scientists chased the arc of starlight across a total eclipse to prove Einstein right on Relativity. Pam Weintraub. aeon. May 23, 2019.
Placas fotográficas negativas y positivas reales de la Expedición de Eddington de 1919, que muestran (con líneas) las posiciones de las estrellas identificadas que se utilizarían para medir la desviación de la luz debida a la presencia del Sol.
Crédito de la imagen: Eddington y Sobral, 1919.
En el artículo a continuación se expone claramente el evento del eclipse y la desviación de la luz, terminando sugiriendo una interesante aplicación, observando a la estrella Régulus durante el Gran Eclipse de Norteamerica de 2017:
How a solar eclipse first proved Einstein right-. Ethan Siegel. Star With A Bang. Medium. July 11, 2017.
Un artículo claro y conciso, entrando más en las consideraciones de la medición de la desviación de la posición de una estrella durante el evento del eclipse es:
Fair tests in physics: Examining eclipses. Undestarding Science. Univ. of Berkeley.
Esta animación en lapsos de tiempo, realizada a partir de ocho imágenes del telescopio espacial Hubble, muestra el movimiento aparente de la estrella enana blanca Stein 2051 B que pasa por delante de una estrella distante. Las observaciones fueron tomadas entre el 1 de Oct. de 2013, y 14 Oct. de 2015. Crédito: NASA , ESA , y K. Sahu ( STScI ). Publicado el 7 de Junio, 2.017.
Una interesante aplicación moderna del experimento de 1919, permitió medir por primera vez la masa de una enana blanca, según lo describe el siguiente artículo, que además contiene en el apartado “Material relacionado” una selección de recursos rifiriendo en detalle a la comprobación de 1919 por Eddington, también a las expediciones argentinas realizadas en aquella época con el mismo objetivo (artículos originales del Prof. Ing. Santiago Paolantonio del MOAC) y se aborda cómo es generalizado el proceso de la curvatura producida por el Sol, aplicándolo primero a otros atros de gran masa (Microlentes) para luego llegar a los conglomerados de galaxias como fuentes de curvatura (Lentes Gravitatorias):
Los astrónomos del Hubble desarrollan un nuevo uso para un experimento de la Teoría de la Relatividad de un siglo de antigüedad para medir la masa de una enana blanca. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 9 de Junio de 2017.
De acuerdo con dos teorías gravitacionales diferentes, cuando se restan los efectos de otros planetas y el movimiento de la Tierra, las predicciones de Newton dan una elipse roja (cerrada), en contra de las predicciones de Einstein de una elipse azul (antes del proceso) para la órbita de Mercurio.
Crédito de la imagen: usuario de Wikimedia Commons KSmrq.
En el caso de los cuerpos del Sistema Solar que pasan cerca del Sol, hay dos efectos importantes que juegan un papel crucial en la evolución orbital. Uno de los efectos es debido a la relatividad general y el otro efecto es de la teoría newtoniana de la gravitación. El siguiente artículo presenta el caso y contiene en el apartado “Material relacionado” una colección de recursos que tratan entre otros temas, la órbita de Mercurio, se examina la órbita alrrededor de un objeto supermasivo (un Agujero Negro), y sobre la Teoría de la Relatividad General:
Júpiter y la teoría de la relatividad son los responsables del cambio de curso observado en cuerpos menores del Sistema Solar. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 21 de Mayo de 2017.
Relojes, Gravedad y los Límites de la Relatividad.
La persistencia de la memoria (1931). Salvador Dalí . Museo de Arte Moderno, Nueva York. El ‘reloj blando’, es una representación visual de la Teoría de la Relatividad de Einstein, que muestra cómo la gravedad afecta y distorsiona el tiempo.
El principio de Einstein detalla cómo la gravedad interfiere con el tiempo y el espacio, en la gran escala es decir en el universo macroscópico. Una de sus manifestaciones más interesantes es la dilatación del tiempo debido a la gravedad y a la velocidad: a mayor gravedad, el tiempo se dilata es decir transcurre más lentamente y lo mismo ocurre con el aumento de la velocidad. Si uno ahora piensa en la Estación Espacial Internacional que orbita la Tierra a una altura de aprox. 400 kms con una velocidad de 7.7 kms/seg, es inmediato concluir que el tiempo allí transcurre más rapidamente que en la Tierra. Estos efectos son de vital importancia de tenerlos en cuenta en la navegación espacial y su consideración es determinante para la precisión de los sistemas de posicionamiento global. El siguiente artículo nos muestra un experimento de la ESA, el proyecto ACES que hará uso de los relojes atómicos más precisos que ha construido el hombre, para determinar los límites de validez de la Relatividad al alcanzar la escala pequeña del dominio cuántico:
Clocks, Gravity and the Limits of Relativity . Human and Robotic Exploration Research / ESA. May 23, 2019.
Ondas Gravitacionales.
Dos agujeros negros se unen en una imagen fija de una simulación numérica.
Tales predicciones, basadas en la teoría de la relatividad general de Einstein coinciden exactamente con lo que descubrieron los científicos de LIGO el 14 de septiembre de 2015.
Créditos:
MPI para Física Gravitacional / Werner Benger / ZIB / Louisiana State University
Una predicción importante de la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein de 1915, es la existencia de ondas gravitacionales – ondas invisibles en el tejido del espacio y el tiempo que se propagan a través del Universo. Durante un largo período de 100 años se hicieron extensas campañas para su detección pero sin resultados,arrojando dudas sobre nuestra comprensión de las galaxias y los agujeros negros. Finalmente el 14 de Septiembre de 2015 se logra la primera detección por la Colaboración LIGO (Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory), constituyendo otra reafirmación de la Teoría y abriendo un campo totalmente nuevo en Astronomía, según lo detalla el anuncio hecho en aquella oportunidad:
Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction. LIGO. February 11, 2016.
Un nuevo modelo está acercando a los científicos a la comprensión de los tipos de señales de luz que se producen cuando dos agujeros negros súper masivos, que son de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, se dirigen en espiral hacia una colisión.
Por primera vez, una nueva simulación por computadora que incorpora completamente los efectos físicos de la Teoría General de la Relatividad de Einstein muestra que el gas en tales sistemas brillará predominantemente en luz ultravioleta y de rayos X. Más información.
Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center.
Poco después, el 26 de Diciembre de 2015 hubo una segunda detección, que se detalla en en el siguiente artículo, en el que además hay disponibles para el lector una variedad de recursos sobre el tema:
LIGO detecta por segunda vez ondas gravitacionales. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 24 de Junio de 2016.
Luego ocurrió el descubrimiento más importante hasta la fecha: la detección de un par de estrellas de neutrones fusionándose, también conocida como una fusión BNS (estrella de neutrones binaria), que se pudo observar también en el espectro electromagnético, abriendo las puertas a la Astronomía Multimensajero.
Una imagen tomada el 17 de Agosto de 2017 con el telescopio Swope en el Observatorio Las Campanas en Chile muestra la fuente de luz generada por la fusión de una estrella binaria de neutrones en la galaxia NGC 4993. Izquierda: en esta foto tomada el 28 de Abril. 2017, con el Telescopio Espacial Hubble, la fusión de las estrellas de neutrones no se ha producido y la fuente de luz, conocida como SSS17a, no es visible.
Crédito: DA Coulter, et al.
Más
Esta animación captura los fenómenos observados a lo largo de nueve días después de la fusión de la estrella de neutrones conocida como GW170817, detectada el 17 de agosto de 2017. Incluyen ondas gravitacionales (arcos pálidos), un chorro de velocidad cercana a la luz que produce rayos gamma (magenta). ), expandiendo los desechos de una kilonova que produjo emisión ultravioleta (violeta), óptica e infrarroja (azul-blanco a rojo), y, una vez que el chorro dirigido hacia nosotros se expandió hacia nuestra vista desde la Tierra, los rayos X (azul). Más información.
Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab.
Después de un viaje 130 millones de años, las ondas gravitatorias generadas por estas estrellas exóticas llegaron a detectores de Hanford y Livingston de LIGO en los Estados Unidos, y el detector Virgo en Italia el 17 Agosto de 2017. Apodado ‘kilonova’ (un término acuñado en 2010, en un artículo en el que se teorizó que un par de estrellas de neutrones fusionadas emitirían luz 1000 veces más brillante que una nova clásica , la detección también condujo a una explosión masiva de resultados en Astronomía, reunidos por astrónomos de todo el mundo y le daba la razón a Einstein en otra cosa: las ondas gravitacionales y las ondas de luz viajan a la misma velocidad. :
Mapa de los Observatorios GW + EM
Un mapa de los aproximadamente de 70 observatorios basados en la luz, que detectaron el evento de ondas gravitacionales llamado GW170817. El 17 de agosto, los detectores LIGO y Virgo detectaron ondas gravitacionales de dos estrellas de neutrones en colisión. Los telescopios ópticos en todo el mundo observaron las consecuencias de la colisión en las horas, días y semanas siguientes. Ayudaron a identificar la ubicación de las estrellas de neutrones e identificaron signos de elementos pesados, como el oro, en el material expulsado de la colisión.
Crédito: Colaboración LIGO.
Para el Aficionado
y superpuestas a todas las estrellas que tienen una SNR ( signal-to-noise ratio) mayor.
de 16. La imagen izquierda es una exposición simulada de 200 ms, e incluye dos estrellas brillantes cerca del Sol. La imagen derecha es una exposición simulada de 1 segundo.
Aquí, la corona enmascara a las dos estrellas cercanas mientras permite que aparezcan tres estrellas más tenues.
Crédito: Donald Bruns.
Cada vez que tiene lugar un eclipse total de Sol es una oportunidad para recrear aquella primera comprobación, según lo muestra el siguiente trabajo presentado por Donald Bruns, en la Sociedad para el Simposio de Ciencias Astronómicas, 17 de junio de 2016 en Ontario, CA y por el cual recibiera el premio “Chambliss Amateur Achievement Award” de la Sociedad Americana de Astronomía:
Measuring Starlight Deflection during the 2017 Eclipse: Repeating the Experiment that made Einstein Famous. Donald Bruns. Published in the SAS Proceedings, 2016.
Proyectos de Ciencia Ciudadana:
Gravity Spy
Siendo LIGO el experimento gravitacional más sensible y complicado que se haya creado, es susceptible a una gran cantidad de fuentes de ruido instrumentales y ambientales llamadas fallas . Estos fallos son difíciles de modelar con computadoras, pueden imitar señales astrofísicas verdaderas y, en general, hacen que LIGO sea menos sensible a las ondas gravitacionales.
Los humanos aún, son mucho mejores que las computadoras para reconocer diferencias sutiles entre las imágenes y cuándo, una imagen simplemente no encaja dentro de una categoría conocida. Al Usted seleccionar la clasificación correcta para un problema técnico determinado, está ayudando a las computadoras a aprender a realizar esta clasificación en conjuntos de datos mucho más grandes, lo que ayuda a los científicos a determinar y eliminar las fuentes de ruido. El sitio del proyecto es:
Gravity Spy/Zooniverse.
BlackHoles@Home.
BlackHoles @ Home apunta a reducir el coste en memoria de las simulaciones binarias de los agujeros negros de la relatividad numérica y de la estrella de neutrones en ~ 100x, a través de la adopción de cuadrículas numéricas que explotan completamente las simetrías cercanas en estos sistemas. Con este ahorro de costos, las simulaciones de fusión binarias de agujeros negros se pueden realizar completamente en una computadora de escritorio (o portátil) de categoría de consumidor .
BlackHoles @ Home está destinado a ejecutarse en la infraestructura BOINC (junto con SETI @ Home ), lo que permite a cualquier persona con una computadora contribuir a la construcción de los catálogos de ondas gravitacionales de relatividad numérica más grandes jamás producidos.
Cursos Abiertos en Línea.
Existen en internet plataformas educativas especialmente dedicadas a la formación en línea, a través de cursos especificamente diseñados para este tipo de aprendizaje. A continuación exponemos algunos.
El siguiente curso ofrecido en la plataforma Coursera está enfocado en la Teoría de la Relatividad Especial, tiene por objetivo obtener una comprensión más profunda de Einstein, la persona y los conceptos, predicciones y paradojas extrañas de su teoría. El curso es para todo público.
Understanding Einstein: The Special Theory of Relativity–edX /University of Stanford.
El primer curso virtual que ofrecerá la Universidad Nacional de Córdoba (UNC), Argentina, en la plataforma edX (edx.org/es), será dictado por la Física Gabriela González, egresada y Doctora Honoris Causa de la UNC, y reconocida internacionalmente por su participación en el equipo responsable de la detección de ondas gravitacionales. El curso está dirigido a todo público.
Introducción a las ondas gravitacionales. edX /Univ. Nacional de Córdoba.
Otros Cursos en línea ofrecidos por la UNC los puede ver aquí.
