image: Artistic representation of the Sun, the Earth and the Moon (not to scale) with the space-time curvature of Einstein's General Relativity over the spectrum of sunlight reflected from the Moon (in colors from blue to red). The spectrum is taken with the HARPS instrument and calibrated with the LFC. view more
Credit: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).
El trabajo, que demuestra así una de las predicciones de la Teoría General de la Relatividad de Einstein, se publica en la revista Astronomy & Astrophysics.
La Teoría General de la Relatividad, publicada por Albert Einstein en 1911 y 1916, introdujo un nuevo concepto de espacio y tiempo, ya que muestra que los objetos masivos causan una distorsión en el espacio-tiempo que se siente como gravedad. De esta forma, la teoría de Einstein predice, por ejemplo, que la luz se curva en la cercanía de objetos masivos y, como consecuencia, los astrónomos han observado fenómenos como la Cruz de Einstein, es decir, cuatro imágenes diferentes de una galaxia distante detrás y distorsionada por un objeto masivo más cercano.
Otros efectos famosos de la Relatividad General son el cambio gradual observado en la órbita de Mercurio debido a la curvatura del espacio-tiempo alrededor del "masivo" Sol, o el llamado corrimiento al rojo gravitatorio, el desplazamiento hacia el rojo de las líneas del espectro solar como consecuencia del campo gravitatorio del Sol.
El corrimiento al rojo gravitatorio es un efecto importante, por ejemplo, en sistemas de navegación basados en satélites, como el GPS, que no funcionaría si no se tuviera en cuenta la Relatividad General. Este efecto depende de la masa y el radio del objeto astronómico, por lo que, si bien es más grande en el Sol que en la Tierra, todavía resulta muy difícil de medir en el espectro del Sol.
En 1920, Einstein escribió: "Para el Sol, el corrimiento al rojo teóricamente predecible equivale a aproximadamente dos millonésimas de la longitud de onda. Si este efecto existe realmente o no, es una cuestión abierta, y en la actualidad los astrónomos están trabajando duro en su solución. En el caso del Sol, su existencia es difícil de juzgar debido a la pequeñez de su efecto".
Para medirlo, los científicos han empleado observaciones del espectro solar reflejado en la Luna adquiridos por el espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher) utilizando la nueva tecnología del peine de frecuencias láser.
"Combinando la precisión del instrumento HARPS y del peine de frecuencias láser, hemos podido medir con alta precisión la posición de líneas de hierro en el espectro solar", señala Jonay González Hernández, investigador Ramón y Cajal del IAC y primer autor del artículo. Y subraya: "Esto nos ha permitido verificar una de las predicciones de la Teoría General de la Relatividad de Einstein, el corrimiento al rojo gravitatorio solar, con un margen de error de unos pocos metros por segundo".
"Nuevas medidas con el peine de frecuencias láser acoplado al espectrógrafo ESPRESSO en los telescopios VLT, de 8,2 m, permitirían mejorar estas mediciones", añade Rafael Rebolo, investigador y director del IAC y coautor del artículo.
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Para realizar este trabajo, en el que también han participado los investigadores del IAC Alejandro Suárez Mascareño y Borja Toledo-Padrón, se ha utilizado un sistema LFC (acrónimo de Laser Frequency Comb) acoplado al instrumento HARPS que opera en el telescopio de 3,6 m del Observatorio Europeo Austral (ESO), en el Observatorio de La Silla (Chile).
Artículo:
González Hernández, J. I., Rebolo, R., Pasquini, L., et al. "The solar gravitational redshift from HARPS-LFC Moon spectra. A test of the General Theory of Relativity." A&A, 2020: arXiv_2009.10558: https://arxiv.org/pdf/2009.10558.pdf
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Journal
Astronomy and Astrophysics