 |
| Pluja de meteors al Parc Nacional Joshua Tree National Park Service/Brad Sutton., CC BY |
En contemplar la bellesa del cel nocturn, no som conscients que eixos astres brillants no es troben realment en eixes posicions. A causa d'un fenomen físic relacionat amb la propagació de la llum, el que observem són unes posicions virtuals, desplaçades respecte a les seues ubicacions reals en l'univers.
Això és pel fet que els raigs lluminosos procedents de l'objecte es corben afectats per un camp gravitatori intens com, per exemple, el del Sol. La llum que ens arriba d'ells no viatja en una trajectòria directa.
L'efecte és major quan els feixos de llum s'aproximen al cos massiu. Però fins i tot a grans separacions angulars entre l'astre emissor (que pot ser una estrela) i el reflector (el Sol), estes desviacions poden arribar a ser molt significatives, especialment quan s'investiga en astrometría d'alta precisió.
Un coneixement detallat de les posicions inicials dels astres permet descriure amb major precisió les seues òrbites al voltant del Sol, una cosa realment rellevant quan es tracta de cossos menors, com a asteroides, i fins i tot d'exoplanetes en el seu moviment al voltant d'estreles llunyanes.
Combinant l'òptica i la relativitat general
Des de l'època de Newton ja es coneixia este fenomen de la desviació de la llum en travessar un camp gravitatori. Pensant en la llum com a xicotets projectils, el científic alemany Johan Georg von Soldner va obtindre un primer resultat per a l'angle de desviació de llum estel·lar fregant el disc solar. I va obtindre uns sorprenents 0.87 segons d'arc (és a dir, un angle 372 414 vegades menor que un angle recte).
No va ser fins al desenrotllament de la teoria de la relativitat general d'Einstein quan este valor es va duplicar fins als mundialment famosos 1.75’‘. Este resultat va ser confirmat experimentalment per l'astrònom britànic Arthur Eddington durant les seues cèlebres expedicions de l'eclipsi solar del 29 de maig de 1919. Aquell famós eclipsi va donar la raó a Einstein i li va catapultar a la fama mundial.
Próxima Centauri y su exoplaneta
Segons els nostres càlculs, l'error comés seria similar a la grandària angular d'aquesta estrela, per la qual cosa llavors seria necessària una correcció a l'hora de realitzar un estudi detallat de l'òrbita de Pròxima Centaurib.
Eddington va afirmar que el càlcul també podria efectuar-se (amb un alt grau de precisió) d'una forma alternativa, a partir de consideracions d'òptica geomètrica.
D'esta manera, l'efecte de la curvatura dels raigs de llum es podria explicar sobre la base del conegut fenomen dels miratges, causats per la curvatura dels raigs de llum (refracció) en capes d'aire de densitat variable.
En un recent estudi publicat en la revista d'astrofísica britànica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, proposem un nou resultat teòric que milloraria (en relació a estudis previs) la precisió en el posicionament d'objectes en l'univers, com ara asteroides menors o galàxies llunyanes.
En el nostre treball abordem el càlcul de l'angle de desviació de la llum a partir d'este mètode (denominat Material Medium Approach o MMA, per les seues sigles en anglés) i que té els seus orígens en la dècada dels anys 20 del segle passat.
El mètode PPN per a facilitar les equacions d'Einstein
El càlcul exacte d'este angle no és una tasca fàcil, ja que comporta la resolució de complexes equacions diferencials en el marc de la relativitat general einsteniana.
Se sol recórrer a solucions analítiques aproximades basades en el denominat mètode post-newtonià (PPN), el qual expressa les complicades equacions d'Einstein en termes de desviacions de la llei de gravitació universal de Newton fins a diferents ordes.
Esta aproximació PPN és àmpliament utilitzada en astronomia per a corregir les posicions d'astres llunyans. És el que fa, per exemple, el observatori GAIA de l'Agència Espacial Europea per a oferir un mapa detalladíssim de les estreles de la Via Làctia.
El nostre mètode de càlcul MMA reproduïx de manera exacta l'angle de desviació de la llum per a un camp gravitatori com el del Sol. I trobem diferències.
Encara que pogueren semblar xicotetes discrepàncies, podrien ser molt significatives en el posicionament d'objectes menors en el sistema solar.
Però tot això dependrà de qual siga la grandària angular de l'astre al qual apuntem.
Una millor descripció de les òrbites de cossos menors
Una de les potencials aplicacions d'este nou avanç seria una millor determinació de les òrbites de cossos menors al voltant del Sol, com ara asteroides. Una major precisió en el seu posicionament inicial comportarà una millor predicció de la seua òrbita.
Hem pres dos exemples: els asteroides Apofis i Dimorphos. En tots dos casos, les posicions virtuals registrades per un telescopi (en color taronja) estan desplaçades respecte a les posicions reals, calculades mitjançant l'aproximació PPN en primer orde (color roig) i la nostra equació exacta MMA (en blava).
En el cas de l'asteroide Apofis, de major grandària angular, esta discrepància en el seu posicionament no semblaria tan rellevant, encara que hauria de tindre's en compte en futurs càlculs.
No obstant això, per a Dimorphos sí que s'obtindria una important deslocalització, amb possibles implicacions en el càlcul adequat de la seua òrbita.
Pròxima Centauri i el seu exoplaneta
Allunyant-nos del Sistema Solar, el nostre resultat teòric també seria aplicable al posicionament precís de l'estrela més pròxima al Sol, Pròxima Centauri, i l'exoplaneta que l'orbita, Pròxima Centauri b.
Segons els nostres càlculs, l'error comés seria similar a la grandària angular d'esta estrela, per la qual cosa llavors seria necessària una correcció a l'hora de realitzar un estudi detallat de l'òrbita de Pròxima Centauri b.
Un mapa més precís de la distribució de galàxies llunyanes
El nostre resultat teòric també podria ajudar a la localització més exacta de galàxies distants distorsionades i magnificades per grans quantitats de massa intermèdia, com els cúmuls de galàxies, mitjançant el denominat fenomen de lent gravitatòria feble.
D'esta manera es podrien generar mapes més precisos de la distribució de massa en els cúmuls galàctics, particularment important en l'era del telescopi espacial Euclid en la qual estem immersos.
El miratge que veiem en el cel cobra realment importància quan necessitem un càlcul precís de l'objecte celeste. Cada vegada afinem més.
Óscar del Vaixell Vedell, Professor associat. Departament de Física (àrea d'Òptica)., Universitat de Múrcia
Este article va ser publicat originalment en The Conversation.
* ho pots llegir perquè som Creative Commons
Cap comentari :