Dos estudios nuevos e independientes han puesto a prueba La Teoría De La Relatividad de Einstein como nunca antes. Los resultados, obtenidos usando el Observatorio Chandra X-Ray de NASA, muestran que la teoría de Einstein sigue siendo la mejor.

Cada equipo de científicos utilizó las observaciones extensas de agrupaciones de galaxias (los objetos más grandes en el universo unidos por la gravedad) del Chandra. Uno de los resultados muestra que un modelo rival a la Teoría de la Relatividad es inferior, mientras que el otro muestra que la teoría de Einstein funciona a través de grandes distancias y tiempos en el universo.

El primer resultado debilita significativamente un competidor de la Relatividad General conocido como “gravedad f(R).”

“Si la Relatividad General fuera el campeón de boxeo de peso completo, esta otra teoría esperaba ser la contendientes número uno,” dijo Fabian Schmidt de California Institute of Technology en Pasadena, quién lidereó el estudio. “Nuestro trabajo muestra que las probabilidades de que le gane al campeón son mínimas.”

En años recientes, los físicos han puesto atención a teorías que compiten con la Relatividad General como una forma de una posible explicación de la expansión acelerada del universo. Actualmente, la explicación más popular para la aceleración es la llamada constante cosmológica, que se puede entender como energía que existe en el espacio vacío. A esta energía se le conoce como energía oscura para enfatizar que no se puede detectar directamente.

En la teoría f(R), la aceleración cósmica no viene de una forma de energía exótica, sino de una modificación de la fuerza gravitacional. La fuerza modificada también afecta de cómo pequeñas mejoras de materia pueden crecer a través del tiempo para convertirse en agrupaciones de galaxias masivas, abriendo así la posibilidad de poner a prueba la teoría.

Schmidt y sus colegas usaron estimados de masa de 49 agrupaciones de galaxias en el universo local de las observaciones del Chandra, y las compararon con predicciones de modelos teóricos y estudios de supernovas, las microondas del fondo cósmico, y la distribución a gran escala de las galaxias.

No encontraron evidencia alguna de que la gravedad es diferente de la Relatividad General en escalas mayores a 130 millones de años luz. Este límite corresponde a una mejora del 100% en los bordes en el rango de la fuerza de la gravedad modificada que se puede asignar sin usar datos de la agrupación.

“Esta es la fuerza más fuerte asignada a una alternativa a la Relatividad General en escalas tan grandes de distancias,” dice Schmidt. “Nuestros resultados muestran que podemos examinar la gravedad estrictamente en escalas cosmológicas usando observaciones de agrupaciones de galaxias.”

El motivo de esta mejora dramática puede trazarse al gran realzamiento de las fuerzas gravitacionales que actúan sobre agrupaciones de galaxias en lugar de la expansión universal del fondo del universo. La técnica de crecimiento de agrupaciones también promete ser buena para examinar otro escenarios de gravedad modificada, como pueden ser aquellos motivados por teorías de multiples dimensiones o la teoría de cuerdas.

Un segundo estudio independiente también refuerza la Relatividad General poniendola a prueba directamente a través de distancias y tiempos cosmológicos. Hasta ahora, la Relatividad General había sido verificada solamente usando experimentos de laboratorio a escalas de Sistema Solar, dejando así la puerta abierta a la posibilidad de que la Relatividad General no funcione a escalas mucho mayores.

Para examinar esta pregunta, un grupo de la Universidad de Stanford comparó las observaciones de Chandra de qué tan rapidamente las agrupaciones de galaxias han crecido a través del tiempo a las predicciones de la Relatividad General. El resultado is un casi completo acuerdo entre la observación y la teoría.

“La teoría de Einstein es exitosa de nuevo, esta vez en calcular cuantas agrupaciones masivas se han formado bajo la fuerza de gravedad a través de los últimos 5 mil millones de años,” dijo David Rapetti del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) en la Universidad de Stanford y el SLAC National Accelerator Laboratory, quien lidereó el estudio. “De manera emocionante y tranquilizante, nuestros resultados son de las más robustas pruebas de la Relatividad General que se han hecho en escalas cosmológicas.”

Rapetti y sus colegas basaron sus resultados en una muestra de 238 agrupaciones detectadas en el cielo por el ahora difunto telescopio ROSAT X-Ray. Estos datos fueron mejorados por mediciones detalladas de masa de 71 agrupaciones lejanas usando el Chandra, y 23 agrupaciones relativamente cercanas usando el ROSAT, y combinado con estudios de supernovas, el fondo de microondas cosmico, la distribución de las galaxias y estimados de distancias a agrupaciones de galaxias.

Las agrupaciones de galaxias son objetos importantes en esta búsqueda para entender el Universo como un todo. Porque las observaciones de las masas de las agrupaciones son directamente sensibles a las propiedades de la gravedad, nos proveen con información crucial. En contraste, la técnica de agrupaciones que uso Rapetti y sus colegas miden además el índice de crecimiento de la estructura cósmica.

“La aceleración cósmica representa un gran reto a nuestro entendimiento moderno de la física,” dijo el co-autor de Rapetti, Adam Mantz del Goddard Space Flight Center en Maryland. “Mediciones de aceleración han subrayado lo poco que sabemos de la gravedad en escalas cósmicas, pero estamos, ahora, empezando a salir de nuestra ignorancia.”

Original: Einstein’s Theory Fights Off Challengers via ScienceDaily