La enana blanca más rápida del oeste

Título: Lense-Thirring frame dragging induced by a fast-rotating white dwarf in a binary pulsar system
Autores: V. V. Krishnan, M. Bailes, W. van Straten, et. al.
Institución del primer autor: Department of Astronomy and Joint Space-Science Institute, University of Maryland, College Park, MD 20742-2421 USA
arXiv: 2001.11405 [astro-ph.HE]
Estado de la publicación: Publicado en Science. 

La relatividad general de Einstein (RG) revolucionó el concepto de fuerza gravitacional de manera radical con respecto a la visión Newtoniana. Bajo esta nueva interpretación, la gravedad se convirtió en un efecto puramente geométrico; la curvatura del espacio-tiempo, el mallado del Universo, debida a la presencia de la materia. En palabras de Wheeler, “el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse; la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse”.

En 1918, tres años después de la formulación de la RG, Joseph Lense y Hans Thirring encontraron otra sorprendente consecuencia de esta teoría; hoy en día conocida como el efecto de Lense-Thirring. Si un cuerpo tiene momento angular, i.e., está rotando, además de generar la curvatura del espacio-tiempo, producirá un arrastre (o distorsión del espacio-tiempo). De manera pictórica este efecto es similar a lo que un trompo pesado causaría sobre una lámina elástica estirada al enroscarse sobre ella. 

Este minúsculo efecto fue verificado por primera vez por la misión Gravity Probe B (GP-B), al medir, con altísima precisión, los pequeños cambios en la dirección de giro de cuatro giroscopios a bordo de un satélite a 650 km de altitud. Para hacernos una idea de su magnitud, el momento angular de la Tierra arrastra el espacio-tiempo a su alrededor con una velocidad angular de tan solamente una revolución cada seis millones de años. El valor reportado coincidió con el predicho por la RG. ¡Otro triunfo para Einstein!

Este efecto también se debe manifestar, y de manera más acentuada, en la dinámica de binarias, debido al movimiento (”corrientes” de masa-energía, análogo al electromagnetismo clásico) de los cuerpos. Dado que la cantidad de arrastre es proporcional al momento angular intrínseco del sistema, si ambos cuerpos en una binaria rotan, contribuirán a la precesión de la posición del periastrón (el punto en la órbita en la que los cuerpos del sistema están más cerca) y a la precesión del plano orbital. 

Para determinar los cambios en los elementos orbitales es necesario conocer con bastante precisión la dinámica de los objetos. Es aquí donde los púlsares, estrellas de neutrones magnetizadas que rotan, entran en escena. Los tiempos de llegada de los pulsos de radio que estas estrellas emiten se pueden medir tal precisión, que las incertidumbres alcanzadas hoy en día son a menudo más de tres órdenes de magnitud más pequeñas que sus períodos de giro. Esta precisión permite monitorear las binarias durante décadas y así obtener los parámetros astrométricos del sistema. 

La interacción del momento angular entre las componentes de una binaria ha sido observada en algunos púlsares binarios. Sin embargo, Venkatraman Krishnan y colaboradores consiguieron medir, por primera vez, este efecto. Los datos fueron obtenidos a través de observaciones del sistema binario PSR J1141-6545, formado por una estrella de neutrones magnetizada con un período de rotación de ~394 ms y una enana blanca. 

Esta colaboración midió los tiempos de llegada de los pulsos de radio, emitidos por la estrella de neutrones y detectó una desviación a largo plazo en los parámetros orbitales. Después de considerar posibles contribuciones, concluyeron que está desviación es causada por el efecto de Lense-Thirring de la enana blanca que gira rápidamente. Los datos obtenidos son consistentes con un escenario evolutivo en el que la enana blanca acumuló materia del progenitor del púlsar, que la hace girar con un período menor a 200 segundos, el más alto reportado en la literatura hasta ahora. 

Estas resultados proporcionan más evidencia sobre cómo los púlsares de radio en órbitas binarias excéntricas de período corto se pueden usar para estudiar no solamente la dinámica relativista gravitacional, sino también la historia evolutiva de la binaria.