Misteriosos senyals de ràdio posen a prova el Principi d'Equivalència

Una nova forma de posar a prova un dels principis bàsics subjacents a la Teoria General de la Relativitat d'Einstein és usar breus esclats d'uns estranys senyals de ràdio procedents de l'espai. Son els coneguts com a Fast Ràdio Bursts (Esclats Ràpids de Ràdio - FRB per les seves sigles en anglès), i és de 10 a 100 vegades millor que els mètodes anteriors de prova, que usaven esclats de raigs gamma, d'acord amb un article publicat a la revista Physical Review Letters.

El nou mètode està considerat com un significatiu tribut a Einstein al centèsim aniversari de la seva formulació del Principi d'Equivalència, que és un component clau de la Teoria General de la Relativitat d'Einstein. Més generalment, també és un component clau de la idea que la geometria de l'espai-temps està corbada per la massa de galàxies, estrelles, planetes i altres objectes.
Els FRB són esclats d'energia molt breus, tot just duren uns mil·lisegons. Fins al moment, només s'havien detectat a la Terra tot just una dotzena de FRB. Semblen estar provocats per misteriosos esdeveniments més enllà de la nostra galàxia de la Via Làctia i, possiblement, més enllà del grup local de galàxies que inclou a la Via Làctia. La nova tècnica serà important per analitzar les abundants observacions de FRB que els observatoris avançats de ràdio, actualment en procés de planificació, esperen detectar.

"Amb una abundant informació observacional en el futur, podem aconseguir una millor comprensió de la naturalesa física dels FRB", assenyala Peter Mészáros, que ostenta la Càtedra Eberly Family en Astronomia i Astrofísica i és Professor de Física a la Universitat Estatal de Pennsylvania, autor sènior de l'article d'investigació. Igual que altres formes de radiació electromagnètica, que inclou la llum visible, els FRB viatgen per l'espai com ones de partícules fotòniques. El nombre de crestes d'ona que arriben des dels FRB cada segon, la seva freqüència, està en el mateix rang que els senyals de ràdio. "Quan uns detectors més potents ens proporcionin unes observacions millors", apunta Mészáros, "també podrem usar els FRB com un mètode de sondeig de les galàxies que els alberguen, de l'espai entre les galàxies, de l'estructura de la xarxa còsmica de l'univers, i com una prova de la física fonamental".

L'impacte d'usar el nou mètode de FRB s'espera que s'observin més esclats, i si es pot establir un origen més sòlid. "Si es demostra que els FRB s'originen fora de la Via Làctia, i la seva distància pot mesurar-se amb precisió, proporcionaran una nova i potent eina per posar a prova el Principi d'Equivalència d'Einstein i per estendre el rang d'energies provat fins a les freqüències de la banda de ràdio", explica Mészáros.
El Principi d'Equivalència d'Einstein requereix que dos fotons de diferents freqüències, emesos alhora des de la mateixa font, i viatjant a través dels mateixos camps gravitatoris, arribin a la Terra exactament al mateix temps. "Si el Principi d'Equivalència d'Einstein és correcte, qualsevol retard que pogués donar-se entre aquests dos fotons no es deuria als camps gravitatoris pels que passen al llarg del seu viatge, sinó que es deuria a altres efectes físics", assenyala Mészáros. "Mesurant la diferència de temps amb què arriben dos fotons de diferent freqüència, podem posar a prova el bé que es compleix el Principi d'Equivalència d'Einstein".

Més específicament, Mészáros comenta que la prova que ell i els seus coautors van desenvolupar, implica una anàlisi de quanta curvatura de l'espai van experimentar els fotons a causa dels objectes massius que van trobar al llarg o prop del seu camí per l'espai. Apunta que: "La nostra prova del Principi d'Equivalència d'Einstein usant FRB consisteix a comprovar quant difereix un paràmetre - el paràmetre gamma - per als dos fotons amb diferents freqüències".
Mészáros va dir que l'anàlisi del seu equip d'investigació de menys d'una dotzena de FRB detectats recentment "millora en un o dos ordres de magnitud dels millors límits anteriorment establerts sobre la precisió del Principi d'Equivalència d'Einstein", que es van basar en raigs gamma i fotons d'altres energies procedents d'una explosió de supernova de 1987: la supernova 1987A. "La nostra anàlisi usant freqüències de ràdio demostra que el Principi d'Equivalència d'Einstein es manté en una part en cent milions", apunta Mészáros. "Aquest resultat és un significatiu tribut a la teoria d'Einstein, al centèsim aniversari de la seva formulació".

Font: Barbara Kennedy