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Desplazamiento gravitatorio al rojo

15/06/2011 23:45 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

En el post anterior explicaba como un fotón puede adquirir una masa inerte y esta es igual a su masa gravitatoria, tal como predice el principio de equivalencia de Einstein. Consideraba un fotón que cae desde una altura hacia la superficie de la Tierra. Pero que ocurriría si el proceso fuese para un fotón que escapa de la superficie de una estrella hacia el espacio exterior y más allá.

Imagen virtual de Sirio A y Sirio B

Cuando un fotón de frecuencia f es emitido desde la superficie de una estrella y escapa hacia el infinito pierde energía potencial.

Relacionando la energía potencial U con la masa del fotón, obtenemos

Siendo Ms y Rs la masa y el radio de la estrella.

La energía total del fotón al salir de la estrella será la que tenía menos la que ha perdido.

De esta manera observamos que la frecuencia del fotón ha disminuido ligeramente, en la cantidad siguiente.

Observamos que el fotón de luz en su viaje hacia el espacio exterior disminuye su frecuencia y aumenta su longitud de onda.

El fotón tiene que perder energía para escapar del campo gravitatorio de la estrella. Un fotón de energía en la región del azul de espectro visible desplazará su frecuencia hacia el extremo del rojo del espectro. Por esta razón este efecto se conoce como el desplazamiento hacia el rojo debido a la gravitación. No hay que confundirlo con el corrimiento hacia el rojo debido a la expansión del universo.

Se ha observado este efecto en la luz procedente del Sol, pero la precisión de las medidas no es muy buena por culpa del movimiento del gas en la superficie solar. La velocidad del gas aporta el efecto Doppler que interfiere con el desplazamiento gravitatorio. Por esto es mejor buscar indicios del desplazamiento gravitatorio en estrellas donde la energía potencial gravitatoria sea elevada, donde el factor importante es la relación entre la masa y el radio estelar.

Las estrellas enanas blancas son muy masivas y muy pequeñas, es decir, la relación masa/radio es muy grande y por consiguiente tendrán valores grandes del desplazamiento hacia el rojo debido a la gravedad. Un ejemplo es la estrella Sirio B y Eridani B.

Las enanas blancas son las candidatas ideales pues tienen masas grandes y radios pequeños. Al tener una densidad tan elevada, 61.000 veces más que el Sol, el desplazamiento gravitatorio será mucho mayor. Son pues candidatos favorables para probar la teoría.

Veamos la variación relativa de la frecuencia en distintos astros.

El mejor ejemplo es para la enana blanca Sirio B, la compañera pequeña de Sirio A, la estrella más brillante del firmamento., 10.000 veces más que Sirio B, que no puede verse a simple vista.

El problema de Sirio B es que se encuentra demasiado cerca de Sirio A y las medidas de son muy delicadas. En cambio la enana blanca 40 Eridani B se encuentra suficientemente lejos de 40 Eridani A y se pueden realizar medidas con suficiente precisión, coincidiendo los resultados experimentales con los observados.

El efecto gravitacional ha servido para medir con gran precisión la masa y el radio de Sirio B, con el siguiente resultado de 0.978 Ms y 0.00864 Rs.

La evidencia experimental del desplazamiento al rojo gravitatorio se realizo por primera vez en el año 1960. Pound y Rebka midieron la variación de la frecuencia de los rayos gamma (emitidos por una transición atómica del hierro) cayendo verticalmente en el campo gravitatoria terrestre a través de una altura de 22.6 metros.

Otro experimento más preciso realizado fue realizado por Vessot y Levine en 1970. Utilizando un reloj máser de hidrogeno situado en un cohete a una altitud de 10.000 km y comparando su frecuencia con otro reloj similar situado en la superficie terrestre. El desplazamiento observado coincidía con el predicho por la teoría.

No hay que olvidar que estos experimentos son un test de prueba del Principio de Equivalencia. Fundamental en la teoría de la relatividad general de Einstein.

Los experimentos de desplazamiento gravitacional sirven para determinar el movimiento de nuestro sistema local. Algo parecido al experimento de Michelson-Morley.

Los experimentos del desplazamiento gravitatorio efectuados en nuestro sistema solar indican que no nos encontramos acelerados respecto nuestro Sol.


Sobre esta noticia

Autor:
Abcienciade (58 noticias)
Fuente:
abcienciade.wordpress.com
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3606
Tipo:
Reportaje
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