Astrofísicos observan fenómenos cuánticos teorizados hace 90 años

Astrofísicos de la Universidad Johns Hopkins han desarrollado un método para observar un fenómeno cuántico teorizado hace 90 años, con datos del Sloan Digital Sky Survey y el Observatorio Espacial Gaia.

El equipo ha investigado la relación radio-masa de las estrellas enanas blancas, observando en sus datos evidencia de la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general de Einstein.

En el corazón de cada estrella enana blanca, el denso objeto estelar que queda después de que una estrella ha quemado su reserva de combustible de gases a medida que se acerca el final de su ciclo de vida, se encuentra un enigma cuántico: a medida que las enanas blancas agregan masa, se encogen de tamaño, hasta que se vuelven tan pequeñas y compactadas que no pueden sostenerse, colapsando en una estrella de neutrones.

Esta relación desconcertante entre la masa y el tamaño de una enana blanca, llamada relación masa-radio, fue teorizada por primera vez por el astrofísico ganador del Premio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar en la década de 1930. Ahora, los conjuntos de datos combinados en la nueva investigación proporcionaron observaciones de más de 3.000 enanas blancas para que el equipo las estudie.

Un informe de sus hallazgos ha sido publicado en Astrophysical Journal.

“La relación masa-radio es una combinación espectacular de mecánica cuántica y gravedad, pero es contraintuitiva para nosotros: creemos que a medida que un objeto gana masa, debería crecer”, dice en un comunicado Nadia Zakamska, profesora asociada en el Departamento de Física y Astronomía que supervisó a los estudiantes investigadores. “La teoría ha existido durante mucho tiempo, pero lo notable es que el conjunto de datos que utilizamos es de un tamaño sin precedentes y una precisión sin precedentes. Estos métodos de medición, que en algunos casos se desarrollaron hace años, de repente funcionan mucho mejor y las viejas teorías finalmente pueden ser probadas “.

El equipo obtuvo sus resultados utilizando una combinación de mediciones, incluido principalmente el efecto de desplazamiento al rojo gravitacional, que es el cambio de las longitudes de onda de la luz de azul a rojo cuando la luz se aleja de un objeto. Es un resultado directo de la teoría de la relatividad general de Einstein.

“Para mí, la belleza de este trabajo es que todos aprendemos estas teorías sobre cómo la luz se verá afectada por la gravedad en la escuela y en los libros de texto, pero ahora realmente vemos esa relación en las estrellas”, dice Hsiang-Chih Hwang, quien propuso el estudio y primero que reconoció el efecto de desplazamiento al rojo gravitacional en los datos.

El equipo también tuvo que explicar cómo el movimiento de una estrella a través del espacio podría afectar la percepción de su desplazamiento al rojo gravitacional. Al igual que la sirena de un camión de bomberos cambia el tono de acuerdo con su movimiento en relación con la persona que escucha, las frecuencias de luz también cambian según el movimiento del objeto emisor de luz en relación con el observador. Esto se llama el efecto Doppler, y es esencialmente un “ruido” que distrae y complica la medición del efecto de desplazamiento al rojo gravitacional, dice el colaborador del estudio Sihao Cheng, un estudiante graduado de cuarto año.

Para tener en cuenta las variaciones causadas por el efecto Doppler, el equipo clasificó a las enanas blancas en su conjunto de muestras por radio. Luego promediaron los desplazamientos al rojo de estrellas de un tamaño similar, determinando efectivamente que no importa dónde se encuentre una estrella o dónde se mueva en relación con la Tierra, se puede esperar que tenga un desplazamiento al rojo gravitacional intrínseco de cierto valor. Equivale a como una medición promedio de todos los tonos de todos los camiones de bomberos que se mueven en un área determinada en un momento dado; se puede esperar que cualquier camión de bomberos, sin importar en qué dirección se mueva, tenga un tono intrínseco de ese promedio valor.

Estos valores de desplazamiento al rojo gravitacional intrínsecos se pueden usar para estudiar estrellas que se observarán en futuros conjuntos de datos. Los investigadores dicen que los próximos conjuntos de datos que son más grandes y más precisos permitirán un mayor ajuste de sus mediciones, y que estos datos pueden contribuir al análisis futuro de la composición química de las enanas blancas.

También dicen que su estudio representa un avance emocionante de la teoría a los fenómenos observados.

“Debido a que la estrella se hace más pequeña a medida que se vuelve más masiva, el efecto de desplazamiento al rojo gravitacional también crece con la masa”, dice Zakamska. “Y esto es un poco más fácil de comprender: es más fácil salir de un objeto menos denso y más grande que salir de un objeto más masivo y más compacto. Y eso es exactamente lo que vimos en los datos”.

Fuente: europapress.es

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