Premio Nobel hecho en Puerto Rico
¿Qué tienen en común Albert Einstein y el Radiotelecopio de Arecibo? Bastante. Pero antes de darles la respuesta, un poquito de historia.
La próxima vez que vea un abanico de techo, note lo rápido que gira. A su máxima velocidad, podría rotar a unas 200 revoluciones por minuto. Ahora imagínese que al abanico de techo le ponen un motor turbo que lo hace girar cinco veces más rápido, unas 1000 revoluciones por minuto. Esa es la velocidad a la que rotan algunas estrellas. ¿Rápido, verdad?
Pero estas estrellas de rápida rotación no son de a montón por chavo. Estamos hablando de unas estrellas muy especiales, las estrellas de neutrones. Contrario al Sol, que está hecho mayormente de hidrógeno y helio y completa una rotación al mes, las estrellas de neutrones están hechas de, claro, neutrones, unas partículas subatómicas sin carga eléctrica más pequeñas que un átomo.
Las estrellas de neutrones son como la pepa de un aguacate, lo que queda en el centro luego de que la pulpa se saca. Lo que remueve las capas externas del núcleo de una estrella es una explosión de increíble potencia, llamada una supernova. La presión de la explosión comprime el núcleo de la estrella moribunda, que puede tener una masa de 500,000 veces la masa de nuestro planeta, en un diámetro de 13 millas. Esto sería más o menos el tamaño del área metropolitana de San Juan.
Algunas estrellas de neutrones, luego de la explosión supernova, rotan a muy alta velocidad, unas 1000 revoluciones por minuto. La rápida rotación de la estrella produce un campo magnético millones de veces más potente que los del Sol o la Tierra. El intenso campo magnético acelera la radiación de la estrella y la enfoca en dos potentes rayos, uno que sale en línea recta por el polo norte magnético y uno que sale por el polo sur magnético.
A veces la rotación de la estrella y su campo magnético están desalineados. Cuando eso pasa, entonces los rayos de radiación emiten sus ondas electromagnéticas en círculos, como el biombo de una patrulla de la policía. Si da la casualidad de que la Tierra está en el área por donde pasa uno de los rayos, entonces el mismo puede ser detectado por instrumentos electrónicos como una señal que prende y apaga de manera regular y periódica. Las estrellas de neutrones que se detectan con esta señal pulsante se le conocen como estrellas púlsares.
Toda esta historia de las estrellas de neutrones y púlsares, ¿qué tiene que ver con Puerto Rico?
Resulta que en el 1974, un profesor de astrofísica llamado Joseph Taylor Jr. y su estudiante graduado Russell Hulse estaban usando el Radiotelescopio de Arecibo para detectar púlsares. La idea era apuntar la antena del telescopio en una dirección, esperar varios minutos a ver si se detectaba la señal pulsante, apuntar a una posición distinta, esperar la señal, y así toda la noche. Este fue un proceso largo y tedioso, pero que logró el descubrimiento de más de 30 púlsares nuevos.
Uno de esos púlsares, al cual llamaron PSR 1913+16 (PSR significa púlsar, 1913+16 es su localización en el cielo, equivalente a longitud y latitud), resultó ser totalmente distinto a los demás porque en lugar de la señal intermitente ser perfecta, el pulseo se aceleraba y desaceleraba anormalmente cada 7.75 horas. Nadie había detectado antes un púlsar con arritmia.
Con el enorme plato del Radiotelescopio de Arecibo de fondo, los científicos se pusieron a analizar matemáticamente qué podría causar que un púlsar cambiara de ritmo. La única respuesta posible era que el púlsar fuera parte de un sistema binario, donde dos estrellas giran alrededor de su centro de masa, algo así como una pareja de recién casados bailando el vals.
El 15 de enero del 1975, Russell Hulse y Joseph Taylor publicaron sus hallazgos en la revista “Astrophysical Journal,” reportando el descubrimiento de un sistema binario con una estrella de neutrones y un púlsar. Este artículo, de sólo tres páginas—muestra de que la extensión de un artículo científico no está relacionada con su importancia—causó un impacto revolucionario en la astrofísica.
Otros científicos colegas inmediatamente notaron que el movimiento tan rápido de dos objetos de tanta masa podría usarse para probar de manera concluyente la teoría general de la relatividad de Einstein, la cual predecía que se deberían detectar vibraciones gravitacionales en la geometría del espacio-tiempo que rodeaba al sistema binario, reduciendo su energía cinética o energía de movimiento.
Este descubrimiento fue tan importante que en el 1993 la Real Academia Sueca de las Ciencias le otorgó el Premio Nobel en Física a Joseph Taylor Jr. y Russell Hulse por sus estudios realizados en Puerto Rico, en el Radiotelescopio de Arecibo. En octubre del 2013 se cumplen 20 años de este premio, uno de los honores más importantes en la ciencia.
Tan reciente como el 2005, Joseph Taylor Jr. publicó un artículo en la revista profesional “Binary Radio Pulsars,” en el que usó 30 años de datos recolectados del púlsar descubierto en Arecibo para confirmar que las estrellas binarias sí estaban perdiendo energía en forma de ondas gravitacionales, exactamente según predecía Einstein y su teoría.
Y he aquí la respuesta a nuestro acertijo inicial: ¿Qué tienen en común Albert Einstein y el Radiotelecopio de Arecibo? Pues que, gracias a nuestro Radiotelescopio, hace veinte años dos científicos se ganaron un Premio Nobel por confirmar sin lugar a dudas una de las teorías científicas de Einstein más importantes en la historia. ¡Casi nada!
Referencias:
Hulse, R. A. and Taylor, J. H. (1975). Discovery of a pulsar in a binary system. The Astrophysical Journal, 195, L51-L53.
Weisberg, J. M. and Taylor, J. H. (2005). The relativistic binary pulsar B1913+16: Thirty years of observations and analysis. Binary Radio Pulsars, 328, 25-31.