Un experimento busca la huella dejada por la velocidad de propagación del campo gravitatorio en la deflexión gravitatoria de señales de radio emitidas por quasares.Fil: Ferraro, Rafael. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; Argentin

Ferraro, Rafael

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La Relatividad General (Einstein, 1915) es lateoría relativista del campo gravitatorio. Se-gún Einstein los fenómenos gravitatorios noprovienen de una fuerza de interacción entre ma-sas, como enunciara Newton, sino que resultan delas propiedades geométricas que las distribucio-nes de masa u otros tipos de energía confieren alespacio-tiempo. En este enfoque, la órbita de unplaneta alrededor del Sol no se debe a la fuerzaque este ejerce sobre aquel, sino que es el movi-miento natural (inercial) del planeta en un espa-cio-tiempo curvado por la masa del Sol. Ademásde describir con mayor precisión aquellos fenó-menos gravitatorios ya comprendidos en el mode-lo newtoniano, la Relatividad General, como teo-ría acerca de la geometría del espacio-tiempo,abarca aspectos tales como la formación de agu-jeros negros (singularidades del espacio-tiempo),la producción de ondas gravitatorias (perturbacio-nes de la geometría del espacio-tiempo que sepropagan a la velocidad de la luz), y aplicacionesen cosmología.La Relatividad General ha sido confirmada poruna gran variedad de experimentos. Una de lasprimeras pruebas fue la observación en 1919 de ladeflexión de la luz de una estrella que es vista pró-xima al borde del disco solar (ver ‘La demostra-ción sudamericana de las teorías de Einstein’,CIENCIA HOY, 44: 50-59, 1998). Según la RelatividadGeneral, la trayectoria de un rayo de luz deja deser rectilínea cuando recorre la vecindad del Sol uotro astro porque debe ceñirse a la curvatura delespacio-tiempo impresa por el astro. La deflexiónde la luz afecta la visual a la estrella y se manifies-ta entonces como una alteración de la posiciónnormal de la estrella en la bóveda celeste (aquellaque la estrella tiene cuando el astro responsablede la deflexión ocupa otro lugar del cielo). El efec-to es similar al que produce la refracción de la luzcuando un objeto sumergido en un estanque esobservado desde afuera del mismo. La RelatividadGeneral enseña que la luz de una estrella que esvista en dirección rasante al disco solar se desvía1,75 segundos de arco.La deflexión gravitatoria de ondas electromag-néticas ha sido comprobada con precisión cre-ciente desde fines de la década del 60 mediante laobservación de objetos celestes que emiten enlongitudes de onda de radio. Las fuentes de radioson preferibles a las fuentes luminosas porque ladeterminación de sus posiciones en el firmamen-to ha sido notablemente mejorada a través de laradio-interferometría. En esta técnica se combinandos o más radiotelescopios para establecer la di-rección de procedencia de una señal de radio apartir de la diferencia de tiempos de llegada de laseñal (desfase) a cada uno de ellos. La determina-ción de la dirección de la señal es tanto más preci-sa cuanto más separados están los radiotelesco-pios, por lo que conviene disponer de bases sepa-radas por distancias de escala planetaria.1 EstaVery Long Baseline Interferometry (VLBI) permitemedir la separación angular de dos quasares leja-nos con un error menor a 0,1 milisegundos de ar-co. La VLBI se aplica también en geodesia y en de-terminaciones de alta precisión de la orientacióndel globo terrestre.La VLBI ha sido utilizada para observar la defle-xión de señales de radio de fuentes extragalácticasen el campo gravitatorio solar; el valor medidocoincide con el valor previsto por la Relatividad Ge-neral dentro de un margen de error de 0,1% [1].También ha sido re p o rtada la observación con VLBIde la deflexión de señales de radio en el campogravitatorio de Júpiter, aunque con un importantemargen de error de 50% [2]. Los márgenes deerror han sido mejorados a partir de un tratamien-to estadístico de más de dos millones de datos re-cogidos con VLBI entre 1979 y 1999 [3].Los permanentes avances en la técnica de VLBIhan alentado a los científicos a medir efectos másfinos de la gravedad sobre las señales electromag-néticas. Las mediciones realizadas hasta ahoraconfirman el efecto que el campo gravitatorio es -V O L U M E N  1 2  N º  7 2  ( D I C I E M B R E ,  2 0 0 2 - E N E R O ,  2 0 0 3 )   6 1La velocidad de la gravitaciónRafael FerraroFacultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA.CIENCIA EN EL MUNDOUn experimento busca la huella dejada por la velocidad de propagación del campogravitatorio en la deflexión gravitatoria de señales de radio emitidas por quasares.tático de un cuerpo esférico tiene sobre una ondaelectromagnética. Sin embargo, el movimientodel cuerpo causante de la deflexión también inter-viene en las leyes relativistas que gobiernan el fe-nómeno. La Relatividad General enseña que elcambio de posición de un cuerpo no se traduceinstantáneamente en el cambio de su campo gra-vitatorio; el campo gravitatorio se adecua a la nue-va posición del cuerpo después de transcurrido untiempo que es proporcional a la distancia al cuer-po. Este efecto de retardo se debe a que el campogravitatorio se propaga con velocidad finita (lamisma velocidad con que lo hace la luz). El profe-sor Sergei M Kopeikin, quien trabaja actualmenteen la Universidad de Missouri-Columbia, estudióla forma en que el retardo afecta a la deflexióngravitatoria de ondas electromagnéticas en lascondiciones típicas del campo gravitatorio en elámbito del sistema solar. Kopeikin obtuvo que elefecto es tan tenue que solo podría detectarse lle-vando la técnica VLBI al límite de sus posibilida-des actuales [4]. Para acometer esa empresa, Ko-peikin se unió con el profesor Edward B Fomalont,un radioastrónomo del National Radio AstronomyObservatory (NRAO) quien ya había utilizado latécnica de VLBI para medir la deflexión de señalesde radio en el campo gravitatorio del Sol [5]. Jun-tos decidieron aprovechar la alineación de la Tie-rra, Júpiter y el quasar J0842+1835 ocurrida el 8de septiembre de 2002, día en que Júpiter pasó asolo 3,7 minutos de arco del quasar. En esas con-diciones la deflexión debida al campo gravitatorioestático de Júpiter es de 1,26 milisegundos de ar-co en la dirección radial, mientras que el retardoagrega tan solo 53 microsegundos de arco en ladirección del movimiento de Júpiter [6]. Para com-parar la línea de visión al quasar con las de otrosquasares no afectados por la gravedad de Júpiter,y observar así la deflexión, Fomalont y Kopeikinutilizaron el VLBA (Very Large Baseline Array), quees una combinación de 10 radiotelescopios de25m pertenecientes al NRAO y distribuidos a loancho del territorio estadounidense desde Hawaihasta las Islas Vírgenes, en combinación con el ra-diotelescopio de 100m del Max-Planck-Institutefür Radioastronomie localizado en Effelberg (Ale-mania). Fomalont y Kopeikin [6] explican que ‘elpropósito primario de nuestro experimento es...observar directamente el efecto de retardo en lapropagación del campo gravitatorio en el sistemasolar...’ ‘Creemos que... podemos medir el efectode retardo en la propagación de la gravedad y de-terminar la velocidad de propagación con un mar-gen de error de 10% a 20%.’ El procesamiento delos datos obtenidos estará terminado a fines de2002. Al mismo tiempo, y de manera independien-te, otros grupos de la NASA y Japón realizaronsus propias mediciones que serán cotejadas conlas de Fomalont y Kopeikin.Rafael Ferraro: Doctor en Física, UBA. Investigador independiente del CONICET.6 2 C I E N C I A  H O YCIENCIA EN EL MUNDO1 El satélite HALCA, lanzado en 1997, lleva un radiotelescopio que permite extender la VLBI a escalas tres veces másgrandes que las alcanzables por los sistemas terrestres.Referencias1. ROBERTSON DS, CARTER WE y DILLINGER WH, 1991, ‘New measurement of solar gravitational deflection of radiosignals using VLBI’, Nature 349, 768-770; LEBACH DE,COREY BE, SHAPIRO II, RATNER MI, WEBBER JC, ROGERSAEE, DAVIS JL y HERRING TA, 1995, ‘Measurement of thesolar gravitational deflection of radio waves using very-long-baseline interferometry’, Phys. Rev. Lett. 75, 1439-1442.2. TREUHAFT RN y LOWE ST, 1991, ‘A measurement ofplanetary relativistic deflection’, Astron. J. 102, 1879-1888.3. EUBANKS TM, MARTIN JO, ARCHINAL BA, JOSTIES FJ,KLIONER SA, SHAPIRO S, y SHAPIRO II, 1999, ‘Advances insolar system tests of gravity’.(ftp://casa.usno.navy.mil/navnet/postscript/prd_15.ps).4. KOPEIKIN SM y SCHÄFER G, 1999, ‘Lorentz covariant theoryof light propagation in gravitational fields of arbitrary-moving bodies’, Phys. Rev. D 60, 124002 (1-44);(http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/9902030). KOPEIKIN SM, 2001,‘Testing the relativistic effect of the propagation of gravityby Very Long Baseline Interferometry’, ApJ 556, L1-L5;(http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/0105060).5. MUHLEMAN DO, EKERS RD y FOMALONT EB, 1970, ‘Radiointerferometric test of the general relativistic light bendingnear the sun’, Phys. Rev. Lett. 24, 1377-1380.6. KOPEIKIN SM y FOMALONT EB, 2002, ‘General relativisticmodel for experimental measurement of the speed ofpropagation of gravity by VLBI’, Proceedings of the 6 thEuropean VLBI Network Symposium, Bonn, Ross, E. et al.(eds.), (http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/0206022).CH

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