Evidencia indirecta: el pulsar binario

Volviendo al ejemplo electromagnético, si dos cargas eléctricas de signos opuestos giraran una alrededor de otra debido a la atracción coulombiana, la emisión de ondas electromagnéticas haría que el sistema perdiera energía: ambas cargas se irían acercando paulatinamente y aumentando sus velocidades en movimiento espiralado hasta chocar. Este es el motivo por el cual no fue posible modelar a los átomos como sistemas solares en miniatura, ya que su vida media sería extremadamente corta.

Análogamente, en un sistema de dos masas que orbitan una alrededor de la otra debido a su interacción gravitacional, ocurrirá un fenómeno similar. La potencia emitida en forma de ondas gravitacionales por un objeto de masa M₁ que orbita alrededor de otro mucho más masivo M₂, con un período T, puede estimarse como

donde G es la constante de gravitación universal, c la velocidad de la luz y R el radio de la órbita. Por lo tanto, ambos objetos chocarán en un tiempo aproximadamente igual a

¿Quiere decir que la Luna caerá finalmente sobre la Tierra?
Efectivamente, pero no tenemos que preocuparnos, porque la fórmula anterior indica que eso ocurrirá en un tiempo muchísimo mayor que la edad actual del universo (unos 10¹⁰ años).

Existen otros sistemas físicos en los cuales las órbitas son más cercanas, las masas y las velocidades medias son mayores, y en consecuencia la emisión de ondas gravitacionales es más importante. El ejemplo más conocido es el pulsar binario PSR 1913+16. Se denomina sistema binario a un par de estrellas que orbitan alrededor de su centro de masas. En el caso de PSR 1913+16, una de las dos estrellas es un pulsar, es decir una estrella de neutrones que emite pulsos de ondas de radio con un período extremadamente estable de algunos milisegundos. Debido a la emisión de ondas gravitacionales, la órbita del pulsar se va reduciendo unos 3 mm por año. Aunque no es posible medir esta reducción, sí puede observarse el efecto acumulado en la variación del período de la órbita. El período actual de la órbita del pulsar es de unas 8 horas, y se va reduciendo en 7 cienmillonésimas de segundo en cada vuelta. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1974. Sus descubridores, Russell Hulse y Joseph Taylor, recibieron el Premio Nobel de física en 1993 por la confirmación indirecta de la existencia de ondas gravitacionales. Desde entonces se ha medido el mismo efecto en una gran cantidad de sistemas binarios que contienen pulsares.

Figura: sistema binario (nobelprize.org)

Es importante recalcar que la validación de los resultados teóricos a partir este tipo de observaciones es muy complicada, e implica un cuidadoso análisis del movimiento de las estrellas, a los efectos de poder determinar los parámetros del sistema, como por ejemplo las masas de las estrellas y la distancia típica entre ellas.