PROPIEDADES DEL UNIVERSO

© Manuel Rego

 
TEST ASTRONÓMICOS DE LA RELATIVIDAD GENERAL  
Los modelos cosmológicos actuales asumen que la gravitación del universo está gobernada por la teoría de la relatividad general, según la cual el contenido de materia determina la geometría del espacio - tiempo. La luz y los objetos materiales se mueven en el espacio a lo largo de unas trayectorias, las geodésicas, cuyas propiedades quedan establecidas conociendo la distribución de la materia y la energía. Muchos de los controles experimentales de la relatividad general están basados en la observación de los objetos astronómicos. Vamos a citar a continuación algunos de los más conocidos.  
Avance del perihelio de Mercurio  
Si la gravitación relativista describe con mayor rigor que la mecánica clásica la órbita de un planeta, su aplicación proporcionará resultados más consistentes con las observaciones. La precesión o avance del perihelio de Mercurio es un fenómeno que muestra, de forma particularmente signficativa, el grado de validez de ambas teorías El perihelio es el punto de la órbita de un planeta más próximo al Sol. El avance del perihelio consiste en la rotación lenta del eje mayor de la órbita del planeta en el mismo sentido que la revolución alrededor del Sol (Fig. 9).  

Figura 9. Avance del perihelio de Mercurio. Es un fenómeno mejor apreciable en los planetas internos. En la parte superior (a) está representada la órbita de Mercurio. En la inferior (b) aparecen en distintos colores la rotación del eje mayor de la órbita producida causada por el avance del perihelio o del afelio.

Obviamente este fenómeno produce el mismo efecto en el afelio ( punto más alejado ). Cada siglo el perihelio de Mercurio se mueve un grado y medio. Si Mercurio fuera el único planeta su órbita sería una elipse de ejes estacionarios y por tanto el perihelio sería fijo. Sin embargo los efectos de los otros planetas ( perturbaciones y efecto de precesión ) provocan el giro del eje mayor. Cuando interpretamos este fenómeno utilizando la mecánica clásica obtenemos un valor para el avance del perihelio que difiere del observado en 43 segundos. Esta diferencia fue atribuida inicialmente a la existencia de un planeta llamado Vulcano situado entre Mercurio y el Sol. También a una nube de gas, muy tenue, que orbitaría alrededor del Sol. Ninguno de los dos objetos fue localizado. Finalmente al aplicar la Relatividad General la diferencia entre observación y teoría quedo reducida a menos de una décima de segundo.

Conocemos también los avances del perihelio de Venus, la Tierra y el asteroide Icarus. También en estos casos la Relatividad General conduce a resultados más ajustados a las observaciones.

  
Desviación de los rayos de luz  
La Relatividad General predice que cuando un rayo de luz pasa por las proximidades de un objeto masivo experimenta una desviación. Un fenómeno del que actualmente existen numerosas evidencias que provienen de la observación de cuasares y otras galaxias distantes. La primera medida de la deflexión de la luz fue llevada a cabo con ocasión de un eclipse de Sol. Consistió en la observación de una estrella cuya posición aparente era muy próxima al borde del Sol y la medida de su posición respecto a otras estrellas más alejadas (Fig. 10).  

 

Figura 10. Deflexión de la luz. El campo gravitacional de un objeto masivo desvía la trayectoria de un rayo de luz que pasa por su cercanía. El eclipse de Sol facilita la medida de la posición de una estrella que aparentemente esta próxima al borde del disco solar, respecto a otras estrellas del cielo. Observando el mismo campo celeste seis meses después, durante la noche, la estrella seleccionada aparece desplazada un valor que es la medida de la deflexión de la luz.
Estas estrellas fueron observadas seis meses después midiendo la posición relativa de la estrella en cuestión. La diferencia angular entre las dos medidas mide la deflexión experimentada por la luz. Esta experiencia ha sido realizada más de cuatrocientas veces y la diferencia entre el valor medio observado y el predicho por la Relatividad General es del orden de las tres centésimas de segundo.