Los datos de la sonda Gravity Probe B confirman el efecto Lense-Thirring o de arrastre del marco de referencia.
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Uno de los hitos intelectuales más importantes de la humanidad fue la Relatividad General, teoría que describe la gravedad como una distorsión del espacio-tiempo. Desde el punto de vista newtoniano el espacio y el tiempo eran meros marcos donde sucedían las cosas, eran el “escenario”. La Relatividad, tanto la Especial como la General (RG), pusieron al espacio-tiempo como una actor más en la escena. Incluso después de los años transcurridos su descripción anti-intuitiva sigue fascinando a las nuevas generaciones que se interesan por la Física Moderna.
La RG fue confirmada (más o menos) por primera vez gracias a un eclipse de sol, después por el desplazamiento del perihelio de Mercurio y más tarde por multitud de experimentos realizados desde entonces.
Uno de los efectos más bonitos de la RG que hemos podido ver en tiempos recientes ha sido el de lente gravitacional. En esos fenómenos una galaxia distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor y la luz de una galaxia lejana, en los confines del universo visible y ya alineada bajo nuestra perspectiva, es desviada a lo largo de las geodésicas de ese espacio curvo. El resultado es el telescopio más grande que se puede concebir: un telescopio de tamaño galáctico.
Pero además de espacios curvos, la RG predice en los campos gravitatorios otros fenómenos tan sutiles que se han tardado en comprobar bastante más tarde. Para hacer precisamente eso se lanzó en 2004 la sonda Gravity Probe B (GP-2). Misión que dejó de tomar datos en 2010.
Esta sonda era un satélite artificial que portaba unos giróscopos muy precisos que le permitían apuntar siempre a la estrella IM Pegasi, punto de luz que se tomó como referencia. La idea era medir las desviaciones sutiles producidas por los efectos de la RG.
Esta misión se empezó a gestar en 1963, aunque ya se había propuesto en 1959, y necesito de décadas de desarrollo tecnológico que finalmente permitieron su despliegue. Hubo que inventar nueva tecnología para un proyecto que ha durado más de medio siglo. Había además que evitar las interferencias del frenado aerodinámico, del campo magnético, de las variaciones térmicas, del viento solar y de otras influencias.
Los giróscopos fueron los más precisos que jamás se construyeron y su pieza fundamental eran unas esferas casi perfectas de niobio superconductor del tamaño de pelotas de ping-pong. Si esas esferas tuvieran el tamaño de la Tierra no tendrían bultos sobre sus superficies mayores que 3 m.
Las innovaciones creadas para esta misión se han usado en el sistema GPS y para otras misiones de la NASA y de la ESA, incluidos los satélites que miden con precisión la Tierra y que permiten una navegación por tierra y mar más seguras, o comprender mejor la relación entre la circulación oceánica y el clima.
Lamentablemente los datos que obtenía GP-B tenían demasiado ruido y esto hizo pensar que la misión sería un fracaso. Los giróscopos experimentaban unas oscilaciones no deseadas por culpa de unas imperfecciones electrostáticas que producían ese ruido en los datos. Se necesitaron años de toma de datos para eliminar las interferencias de los datos y obtener así información útil.
En 2007 el equipo de investigadores del proyecto pudo informar de la detección de un fenómeno predicho por la RG: el efecto geodético. Este efecto se debe a la curvatura o distorsión que una masa gravitatoria crea en el propio espacio. Según esto, una circunferencia alrededor de la Tierra tiene que medir menos de los 2πr predichos por la geometría euclidea. Gravity Probe B logró medir esa longitud, que era de 2 cm en 40.000 km.
El segundo de los efectos que se quería ver, sobre el que se informa ahora en Physical Review Letters, es el de arrastre del marco de referencia o efecto Lense-Thirring. Según la RG si imaginamos que la Tierra está inmersa en una melaza que representa el espacio-tiempo, el giro de la misma debe arrastrar la melaza consigo. Es decir, el giro de una cuerpo gravitatorio hace girar (arrastra) al propio espacio que le rodea.
Un informe de 2008 de la NASA se mostraba pesimista sobre la posibilidad de extraer la información necesaria sobre este efecto a partir de los datos ruidosos proporcionados por la sonda. Hubo que continuar la investigación con fondos privados, algunos de ellos aportados por la familia real de Arabia Saudita.
Los resultados publicados muestran que GP-B ha logrado por fin detectar el efecto Lense-Thirring con una precisión del 19%. Aunque es la primera vez que se mide de este modo, el efecto de arrastre del marco de referencia ya lo midieron con una precisión del 10% en 2004 los satélites LAEGOS I y II. Midiendo con láser la posición de la Luna (sí, gracias a los reflectores dejados allí por las misiones Apollo) se puede medir lo mismo con una precisión del 0,1%.
Quizás esta misión no ha sido importante desde el punto de vista científico, pero ha permitido crear una tecnología de la cual nos podemos beneficiar todos.
Ya solo queda que un día podamos detectar las ansiadas ondas gravitacionales y que nos hablen del Big-Bang y de la colisión de agujeros negros. Se espera que esto se pueda lograr en esta misma década.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3487 [1]
Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]