Erlatibitate orokorraren frogak

Erlatibitate orokorraren lehenengo frogak, Albert Einsteinek, teoria honen egileak, proposatu zituen 1916. urtean. Lehen froga horiei, froga klasiko deitzen zaie, eta honakoak dira: Merkurioren orbitaren prezesioaren anomalia, argiaren desbideraketa eta argiaren gorriranzko lerrakuntza.

1970. hamarkadan, teknologiaren garapenarekin batera, froga berriak egin ziren. Horiei froga moderno izena eman zitzaien. Garai horretan, pulsar bitarren azterketa egin zen, Eguzki-sistemako grabitate-eremuak baino eremu indartsuagoak aztertuz. Hulse eta Taylor izan ziren azterketa horien protagonistak. Honela, grabitate-eremuen intentsitatea limiteetara eramanez (Eguzki-sistema indar ahul moduan, eta pulsarrak eremu indartsu moduan), Erlatibitate Orokorraren legeak, eta horiek aurresaten dituzten fenomenoak, sistema bietan betetzen direla behatu ahal izan zen.

2016ko otsailean, Advanced Ligo zientzialari taldeak zulo beltz batek igorritako grabitazio-uhinen detekzioaren berri eman zuen. 2016 eta 2017ko ekainean beste aurkikuntza batzuk egin ziren eta Erlatibitate Orokorraren teoria grabitate-eremu oso handien limitean ere betetzen zela frogatu zen. Horrela, gaur egun ez da teoria honek aurresan ezin dezakeen fenomeno-kosmologikorik aurkitu.

Froga klasikoak 

Albert Einsteinek ondorengo hiru froga proposatu zituen 1916an:

 Merkurioren orbitaren perihelioaren presezioa
 Eguzkiak sortutako argiaren desbideraketa
 Argiaren gorriranzko lerrakuntza
The Times egunkariarentzako gutunean, 1919ko azaroaren 28an, eratibitatearen teoria deskribatu zuen eta bere lagun ingelesei lana frogatzea eskertu zien. Gainera, hiru froga klasiko aipatu zituen, iruzkinekin:"Teoriaren xarma nagusia bere osotasun logikoan datza. Bertatik ateratako konklusioetako bakarra okerra dela frogatzen bada, bertan behera utzi behar da; ezinezkoa dirudi hura aldatzea bere egitura osorik aldatu gabe."

Merkurioren orbitaren prezesioaren anomalia 

Mekanika klasikoan, bi gorputzeko sistema batean, gorputz txikiak handiaren inguruan orbitatzen du. Orbita horiek eliptikoak dira eta masa-zentroa elipsearen fokuan dago. Eguzki-sistemako planeten kasuan, gorputz handia Eguzkia da, eta txikia planeta bat. Bien arteko distantzia minimoa den puntuari perihelio deitzen zaio. Perihelioak, beste planetekiko elkarrekintzen ondorioz, translazio bat jasaten du eguzkiaren inguruan. Fenomeno horri, prezesio izena ematen zaio.

Planeta gehienen kasuan, mekanika klasikoak zehaztasunez azaltzen du perihelioak jasaten duen prezesioa. Merkurioren kasuan ordea, 1697tik 1848ra arte egindako behaketengatik, planeta honen perihelioak Newtonen legeek deskriba ezin dezaketen prezesio bat jasaten zuela ikusi zen, eta hau 1859an "arazo zelestial" izendatu zuten.

Einsteinen Erlatibitate Orokorraren teoriak grabitateak espazio-denboraren kurbadura finkatzen duela dio. Horri esker, teoria berri horrek, arazoa konpontzen zuela ikusi zen. Ondorioz, Erlatibitate Orokorrak komunitate zientifikoaren arreta eskuratu zuen, pixkanaka Newtonen teoria baztertuz.

Einsteinen teoriaren arabera, bere ekuazioak Eguzki-sistemako planeten higiduran aplikatuta, Newtonen ekuazioetara sinplifika daitezke, gai bat gehituz:  . Planeta gehienen kasuan masa zentrorako distantzia (r) oso handia denez, gai horrek duen ekarpena oso txikia da, distantziaren kuboaren inbertsoaren proportzionala delako. Beraz, planeta gehienen kasuan, ez du eragin ikusgarririk haien orbiten prezesioan. Merkurioren kasuan, aldiz, r, gai horrek eragina izateko adinakoa da, eta gai hori kontuan izanez gero, zehaztasunez azal daiteke Merkurioren orbitaren prezesioa.

Argiaren desbideraketa Eguzkiaren ondorioz 

Erlatibitate Orokorarren teoria sortu baino lehenago, Henry Cavendishek 1784an eta Johann Georg von Soldnerrek 1801ean jada ondorioztatu zuten Newtonen grabitate teoriak ondorengoa aurresaten zuela: argiaren ibilbidea okertu egiten da objektu pisutsuen inguruan. 1911. urtean Einsteinek baliokidetasun-printzipioan soilik oinarrituta, Soldnerren emaitza berdina lortu zuen. Hala ere, 1915ean, Erlatibitate Orokorra burutu ahala, emaitza zuzena 1911an lortutakoaren bikoitza dela frogatu zuen. Balio hori, eguzkiaren ondotik igarotzen diren argi izpientzat, 1.75 arku-segundokoa da.

1919ko maiatzaren 29ko eguzki eklipse totalean, zeru-esferan izarren posizioak aldatzen zirela behatuz, argiaren desbideraketa frogatu zen lehen aldiz. Esperimentua Arthur Eddingtonek eta bere laguntzaileek eraman zuten aurrera, eta Eddington esperimentua izena jarri zioten. Esperimentuan, eguzkitik gertu zeuden Taurus konstelazioko izarrak aztertu ziren. Behaketok, toki ezberdinetatik egin ziren; Sobral hiritik (Brasil) eta Sao Tome eta Principetik (Gineako golkoa).

Esperimentu horren emaitzak egunkari garrantzitsuenen azaletan agertu ziren, Einstein eta bere Erlatibitate Orokorraren teoria mundu osoan ospetsuak bihurtu zirelarik. Garaiko teknologiaren zehaztasuna, ordea, nahiko eskasa zen. Zientzialari batzuk, lortutako emaitzak akats sistematikoz beteta zeudela argudiatu zuten, baita berreste alderako isuriaz ere. Ziurgabetasun horrek ia 50 urte iraun zuen, teknologiaren hobekuntza nabarmena gertatu zen arte, zehazki, behaketak irrati maiztasunean egiten hasi ziren arte. Gaur egun, Eddingtonen analisia zehatza izan zela frogatu da, eta antzeko esperimentuen errepikapenek emaitza berdinak eman dituzte.

Argiaren gorriranzko lerrakuntza 
1907an, Einsteinek baliokidetasun-printzipiotik argiaren gorriranzko lerrakuntza grabitazionala iragarri zuen. Efektu hori, grabitazio-eremu oso handia duen nano zuri baten lerro espektralak erabiliz neurtu ahal izango zela aurresan zuen. 1925an, Walter Sydney Adamsek Sirius B izarraren gorriranzko lerrakuntza grabitazionala neurtzeko lehen saiakerak egin zituen, baina emaitzak kritika handiak jaso zituen. Kritika horien jatorria, Sirius izar primarioak sortutako argi-kutsadura zen. 1954an, Popperrek nano zuri baten gorriranzko lerrakuntza grabitazionalaren lehen neurketa zehatza egin zuen. 40 Eridani B izar-sistemaren gorriranzko lerrokatze grabitazionala neurtu zuen: 21 kilometro segundoko.

1971an, Greensteinek Sirius Bren gorriranzko lerrakuntza neurtzea lortu zuen, 89±19 kilometro segundoko balioa neurtuz. Gaur egun, Sirius Bren gorriranzko lerrakuntzaren balio zehatzena Hubble espazio teleskopioak lortutakoa da, 80.4±4.8 kilometro segundokoa.

Froga modernoak 
Dicke and Schiff erlatibitate orokorra frogatzeko oinarri berri bat bultzatu zuten, erlatibitate orokorra frogatzeko aro berrian. Haiek nabarmendu zuten, ez bakarrik froga klasikoen garrantzia, baizik eta esperimentu nuluena ere, grabitazioaren teorian printzipioz gerta zitezkeen fenomenoak, baina erlatibitate orokorrean ez, aztertuz. Beste garapen teoretiko garrantzitsu batzuen barruan erlatibitate orokorraren teoria alternatiboen hastapena zegoen, bereziki tentsore eskalarren teoriak, esate baterako, Brans-Dicke teoria; baita formalismo post-Newtondar parametrizatuaren hastapena ere, non, erlatibitate orokorrarekiko desbiazioak kuantizatuak izan daitezkeen; eta baliokidetasun printzipioaren alorraren hastapena.

Esperimentalki, esplorazio espazialean, elektronikan eta materia kondentsatuko fisikan egindako  garapenak esperimentuen zehaztasun handiagoa ahalbidetu dute, hala nola, Pound-Rebka esperimentua, laser interferometria eta Lunar Laser Ranging esperimentua.

Grabitatearen froga post-Newtondarrak 
Hasierako erlatibitate orokorraren frogak teoria honen lehiakide bideragarrien faltarengatik oztopatuak izan ziren: ez zegoen argi zer motako frogek ezberdinduko zuten bere lehiakideengandik. Erlatibitate orokorra erlatibitate bereziaren teoria eta behaketekin bat etortzen zen grabitatearen teoria bakarra zen. Hau Brans-Dicke teoriaren sorrerarekin aldatu zen, 1960an. Teoria hau sinpleagoa da, bere baitan ez duelako dimentsiodun konstanterik, eta Machen printzipioaren bertsio batekin bat datorrelako, baita Diracen zenbaki handien hipotesiarekin ere: erlatibitatearen historian eragin handikoak izan diren bi ideia filosofiko. Honek, formalismo post-newtondar parametrizatuaren garapena bultzatu zuen, Nordtvedt eta Willek burututa; Newtonen grabitazio unibertsalaren legearen, lehenengo ordenean, objektu higikorren abiaduren desbideratze guztiak parametrizatu zituen, hamar parametro erregulagarrien menpe (hau da, v/c gaiaren lehenengo ordenean, v objektuaren abiadura eta c argiarena izanik). Hurbilketa honek erlatibitate orokorrarengandiko desbideratze guztiak sistematikoki aztertuak izatea ahalbidetzen du, eremu grabitatorio ahuletan poliki mugitzen diren objektuen kasuan. Esfortzu handia egin da parametro post-newtondarrak mugatzeko, eta desbideraketak erlabitate orokorrarengandik oso mugatuta daude momentuz.

Lente grabitatorioen eta argiaren denbora atzerapenaren azterketak parametro post-newtondar bera mugatzen dute, Eddington parameter \gamma deritzona, grabitate iturri batek eragindako argiaren desbideratzearen parametrizazioa dena. Erlatibitate orokorrean parametroaren balioa bat da, baina beste teorietan (Brans-Dicke teorian, adibidez) beste balio batzuk hartzen ditu. Parametro post-newtondarren artetik hobekien mugatuta dagoena da, baina besteak kalkulatzeko beste esperimentu batzuk daude. Merkurioren perihelioaren prezesioaren azterketa zehatzak beste parametroak mugatzen ditu, baita baliokidetasun indartsuaren printzipioaren frogek ere.

BepiColombo Merkuriorako misioaren helburuetako bat erlatibitate orokorra frogatzea da, formalismo post-Newtondar parametrizatuaren gamma eta beta parametroak zehaztasun handiz neurtuz. Esperimentua Mercury Orbiter Radio science Experiment (MORE)-ren parte da. Espaziontzia 2018ko urrian jaurti zen eta Merkurioren orbitara 2025eko abenduan iristea espero da.

Argiaren denbora atzerapena 
Irwin I. Shapiro beste froga bat proposatu zuen, froga klasikoetatik kanpo, Eguzki Sisteman aurrera eraman zitekeena. Batzuetan, erlatibitate orokorraren laugarren froga “klasikoa” deritzo. Denbora atzerapen erlatibista bat (Shapiro atzerapena) aurresan zuen beste planetetan islatzen ziren radar seinaleen joan-etorrien iraupenean. Eguzkitik gertu igarotzen den fotoi baten ibilbidearen kurbadura oso txikia da atzerapen efektu behagarri bat izateko (joan-etorriaren iraupena fotoiak ibilbide zuzena egin izan balu hartuko zuen denborarekin konparatzen badugu); baina erlatibitate orokorrak atzerapena handituko dela dio fotoia Eguzkitik hurbilago pasatuz gero, Eguzkiaren potentzial grabitatorioan gauzatutako denbora zabalkuntzarengatik. Merkurio eta Venusen gertatutako radar islapenak behatuta, hauek Eguzkiak eklipsatu aurretik eta ondoren, erlatibitate orokorraren teoriarekin bat dator %5eko mailan.

Orain dela ez hainbeste, Cassini-Huygens-ek esperimentu antzeko bat jarraitu zuen, erlatibitate orokorrarekin bat zetorrena %0.002ko mailan. Hala ere, azterketa zehatz hauek erakutsi zuten neurtutako gamma PPN parametroaren balioa Eguzkiaren Eguzki Sistemaren barizentroaren inguruko higidura orbitalak eragindako efektu grabitomagnetikoaren eragina zuela. B. Berottik Cassini radiozientzia esperimentuko efekto grabitomagnetikoa inplizituki postulatu zuen, bere jatorria erlatibitate orokorra izanik. Baina, bere balio teorikoa ez da inoiz frogatua izan esperimentalki, gammaren neurtutako balioaren ziurgabetasun esperimentala B. Berottik eta koegileek baieztatu zutena baino %0.002 handiagoa izatea eraginda.

Oso oinarri luzeko interferometria (Very Long Baseline Interferometry) abiadura-menpekotasuna duten Saphiro denbora-atzerapenaren zuzenketak neurtu ditu, Jupiter eta Saturnoren eremu higikorrean.

Baliokidetasun printzipioa 
Baliokidetasun printzipioak, bere formarik sinpleenean, eremu grabitazional batean erortzen ari diren gorputzen ibilbidea haien masa eta barne estrukturarekiko independente izan beharko lukeela adierazten du, baldin eta ingurunea ez aldatzeko edo tidal indarrek haiengan eraginik ez izateko nahiko txikiak badira. Ideia hau izugarrizko zehaztasunarekin frogatua izan da Eötvös tortsio balantzaren esperimentuaren bidez, bi saio-masen arteko azelerazio diferentziala bilatzen zuena. Honen inguruko mugak, eta konposizioarekiko menpekoa den bosgarren indar baten existentziaren edo Yukawa elkarrekintza grabitatorioaren inguruko mugak oso indartsuak dira, eta bosgarren indarra eta baliokidetasun printzipio ahularen baitan daude azalduta.

Baliokidetasun printzipioaren bertsio bat, baliokidetasun indartsuaren printzipioa, erortzen ari diren autograbitaziodun gorputzak, hala nola, izarrak, planetak eta zulo beltzak (haien erakarpen grabitazionalagatik bere burua eusten dutenak) eremu grabitatorio batean ibilbide bera jarraitu beharko luketela adierazten du, baldin eta baldintza berak betetzen badira. Honi Nordtvedt efektua deritzo eta Lunar Laser Ranging Esperimentuaren bidez frogatuta dago. 1969tik telemetro estazio ezberdinetatik Ilargiko islatzaileetarainoko distantziak zentimetrotako zehaztasunarekin neurtu izan ditu. Hauek oso muga sendoak ezarri dituzte beste parametro post-newtondarretako batzuetan.

Baliokidetasun indartsuaren printzipioaren beste parte bat da Newtonen konstante grabitatorioa denboran konstantea eta unibertsoko edozein tokitan balio bera izateko betebeharra. Newtonen grabitazio konstantearen aldaketa posiblea mugatzen duten behaketa independente asko daude, baina hoberenetako bat ilargi telemetrian oinarritzen da, konstantea urtean 10¹¹ren bat baino gehiago ez dela aldatzen adierazten duena.

Gorriranzko lerrakuntza eta denboraren zabalkuntza 
Gorriranzko lerrakuntzaren egiaztapen esperimentala lurreko baliabideak erabiliz hamarkadak behar izan zituen, zaila delako erlojuak (denboraren zabalkuntza neurtzeko) zein maiztasun zehatzeko erradiazio elektromagnetikoko iturriak (gorriranzko lerrakuntza neurtzeko) aurkitzea, efektua zehaztasun nahikoaz neurtu ahal izateko. Lehenengo aldiz 1959an  esperimentalki konfirmatu zen, Mössbauer efektuak gamma izpien uhin luzeeran eragindako aldaketen neurketak erabiliz. Pound-Rebka esperimentuak Harvard Unibertsitateko Jefferson dorrearen gailurran eta oinan kokatutako bi iturrien arteko  gorriranzko lerrakuntza erlatiboa neurtu zuen. Emaitza erlatibitate orokorrarekin guztiz bat etorri zen. Esperimentu hau erlatibitate orokorra frogatzeko egin ziren lehenengoetarikoa izan zen.

Erortzen ari den fotoi baten urdineranzko lerrakuntza behatu daiteke, asumituz masa baliokide bat duela bere frekuentzian oinarrituta E=h f, E=mc², erlatibitate bereziaren emaitza dena. Horrelako deribazio sinpleek erlatibitate orokorrean esperimentuak energien ordez erlojuen erritmoa konparatzen dutela ahazten dute. Beste hitz batzuetan, zenbat eta fotoiaren energia altuagoa izan erori eta gero, orduan eta erritmo motelagoa daramate erlojuek. Erlatibitate orokorra guztiz balioztatzeko, erakutsi behar da fotoien erritmoa jasotzerakoan emititzerakoan baino altuagoa dela. 1976an gorriranzko lerrakuntza frogatzeko oso esperimentu zehatza egin zen, non hidrogeno maser erloju bat 10 000 km-ko altueraraino jaurti zen, eta bere erritmoa lurreko erloju beraren erritmoarekin konparatu zen.

Nahiz eta Global Positioning System (GPS) fisikaren froga bat izateko diseinatua ez egon, bere denbora sisteman barneratuta izan behar du gorriranzko lerrakuntza. Lehenengo satelitea jaurti zenean, ingeniariek ez zuten kontutan hartu, eta konturatu ziren egunean 38 mikrosegunduko aldaketa gertatzen zela.

Koadro-herrestatzearen frogak 
Lense-Thirring prezesioa masa zentral birakari baten inguruan higitzen ari den partikula baten orbitaren prezesio sekular txikietan datza. Honen frogak LAGEOS sateliteekin egin dira, baina prezesioen alderdi asko oraindik eztabaidagarriak dira. Efektu bera behatu da Mars Global Surveyor (MGS) espazio-ontziaren datuetan, ikerkuntza zahar bat Marte inguruan orbitatzen; froga honek ere eztabaida bat sortu zuen. Eguzkiaren Lense-Thirring efektua barneko planeten perihelioan antzemateko lehenengo ahaleginak ere berriki komentatu dira. Kuadro-herrestatzeak zulo beltz supermasibo batetik gertu orbitatzen ari diren izarren plano orbitala zulo beltzaren spin ardatzarekiko prezesatzea eragingo luke. Efektu hau Esne Bidearen zentruan egindako izarren monitorizazio astrometrikoaren bidez antzemangarria izango litzateke urte batzuk barru. Orbita ezberdinetan dauden bi izarren orbitaren prezesioak konparatuz, printzipioz posiblea da erlatibitate orokorraren “no-hair theorems” frogatzea.

Gravity Probe B sateliteak, 2004an jaurtita eta abian 2005era arte, koadro-herrestatzea eta efektu geodetikoa antzeman zuen. Esperimentuak ping pong piloten tamainako lau kuartzo esfera erabili zituen, supereroale batez estaliak. Datuen analisiak 2011ra arte iraun zuen zarata maila altuengatik eta zarata zehaztasunez modelatzeko zailtasunengatik, seinale erabilgarri bat aurkitu ahal izateko. 2011ko maiatzaren 4an Stanford Unibertsitateko ikerlari nagusiek esan zuten urrutiko IM Pegasi izarrarekiko koadro-herrestatze erlatiboa zehaztasunez neurtu zutela, eta kalkuluek frogatu zuten Einsteinen teoriarekin bat zetorrela. Physical Review Letters aldizkarian argitaratutako emaitzek efektu geodetikoa %0.2ko errorearekin neurtu zuten.  Emaitzek adierazi zuten Lurraren biraketak eragindako koadro-herrestatze efektua urteko 37 milisegundukoa dela %19ko errorearekin. Francis Everitt ikerlariak milisegundua “giza hile baten zabalera 10 miliako distantziatik ikusita” dela azaldu zuen.

2012ko urtarrilean, LARES satelitea jaurti zen Vega suziri batean Lense-Thirring efektua %1eko zehaztasunarekin neurtzeko. Hala ere, lortu ahal den zehaztasunaren ebaluazioak eztabaidak sortzen ditu.

Eremu bortitzeko frogak 
Eremu grabitazional oso bortitzak zulo beltzen inguruan ageri dira; batez ere zulo beltz supermasiboetan, galaxia aktiboen nukleoetan edo quasar oso aktiboetan aurki ditzakegunak. Galaxien nukleoak eta quasar hauen behaketak oso zailak izan ohi dira eta behaketa hauen interpretazioak lotura handiagoa dute erabilitako modelo astrofisikoekin erlatibitate orokorrakin baino. Hala ere, behaketa hauek bat datoz erlatibitate orokorrak deskribatutako zulo beltzekin.

Pulsar bitarrak 
Pulsarrak oso azkar biratzen duten neutroi-izarrak dira, biratzean irrati pultsu erregularrak igorritzen dituztenak. Horregatik, erloju modura erabili ohi dira, haien orbita higidura oso zehazki neurtzen baimentzen diguna. Beste izarren inguruan orbitatzen duten pulsarren behaketei esker, periapsiaren prezesio handi bat gertatzen dela frogatu dute. Prezesio hau ezin da teoria klasikoa erabiliz azaldu, bai ordea erlatibitate orokorra erabiliz. Adibidez, Hulse–Taylor PSR B1913+16 deituriko pulsar bitarrak urteko 4º-ko prezesioa du. Prezesioa hau pulsarren masa kalkulatzeko erabili ohi da.

Atomoek eta molukulek igorritako erradiazio elektromagnetikoaren antzera, kuadrupolo motako edo orden altuagoetako bibrazioak dituen edo asimetrikoa den eta biratzen dabilen masek grabitazio uhinak igortzen dituzte. Grabitazio uhin hauek argiaren abiaduran bidaiatzen dutela aurreikusten da. Adibidez, Eguzki-sitemako planetek energia etengabe galtzen dute igorritako erradiazioari esker, baina ain da txikia erradiazio hori non antzematea ezinezkoa egiten zaigun. (Lurrak 200 watt inguru igortzen ditu).

Grabitazio uhinen erradiazioa Hulse–Taylor bitarretik eta beste pulsar bitarretatik ondorioztatu ziren. Pulsuen neurketa zehatzek haien higidurak pixkanaka espilar forma hartzen duela erakusten digute, uhin grabitazionalek sorturiko energia galera frogatuz. 1993an Hulsek eta Taylorrek fisikako Nobel Saria irabazi zuten, lehenengo pulsar bitarraren aurkikuntza eta haren orbita aldaketaren neurketagatik.

2003an aurkitu zen “pulsar bikoitzak”, PSR J0737-3039, urteko 16,90º-ko prezesioa du.  Hulse–Taylor bitarrak ez bezala, sistema honen bi neutroi izarrak pulsar modura detektazten dira, bi gorputzen neurketa zehatzak ahalbideturik. Sistema honek dituen propietateak direla eta, Eremu grabitazional bortitzak aztertzeko dugun sistemarik honena da, eta bertan, erlatibitateraren ondorio antzeman ditzakegu. Orbita aldaketak antzematez gain, bi urte eta erdi iraun zuten behaketen ondorioz erlatibitate bereziaren lau froga desberdin aurkitu ziren. Zehatzena Shapiro efektua da, erlatibitate orokorraren teoria 0,05% errorearekin baieztatzen duena.

2013an astonomia talde internazional batek pulsar batez eta nano zuri batez osaturiko sistema den PSR J0348+0432 behaturik, orbitaren peridoa urteko zortzi segunduren milioiarenean aldatzen dela nehurtzea lortu zuten eta grabitazio orokorrak egindako aurreikuspenak baieztatu ziren, horrelakorik inoiz egin den eremu bortitzena izanik.

Grabitazio-uhinen zuzeneko detekzioa 
Erlatibitate Orokorraren teoriak, eremu grabitazionalaren aldaketak abiadura finituarekin hedatzen direla dioen teoria orok bezala, uhin grabitazionalak aurresaten ditu.

Gertaera astronomiko bortitzetatik (hala nola bi neutroi-izar edo bi zulo beltzen bat-egitetik) igortzen diren uhin grabitazionalak detektatzeko asmoz, hainbat grabitazio-uhin-detektagailu eraiki dira azken urteotan. 2016ko otsailean, Advanced LIGO-ko zientzialariek lehengo aldiz uhin grabitazionalak detektatu zituztela eman zuten aditzera. Uhin horiek zulo beltz-sistema bitar baten kolapsotik eratorriak ziren.

Teknologia berriari esker, uhin grabitazionalen detekzioaren bidez, unibertsoa azter dezakegu. Horrek adar berri bat agerrarazi du astronomian: grabitazio-uhinen astronomia, hain justu.

Zulo beltzen zuzeneko ikuskapena 

2017an, Event Horizon Telescope (EHT) teleskopioa irrati-uhinak erabiliz M87 galaxia behatzen hasi zen. Bi urte beranduago, EHTk M87 galaxiaren zentroko zulo beltzaren gertaera-mugaren argazkia lortu zuen. Hau izan zen zulo beltz baten lehen irudia. Irudi hori lehen aldiz 2019ko apirilaren 10ean egin zen prentsaurreko batean erakutsi zen. Prentsaurrekoa egin zen egun berean, Astrophysical Journal Letters (vol. 875, No. 1) aldizkariak EHTaren emaitzei buruzko sarbide irekiko sei orrialde argitaratu zituen.

Gorriranzko lerrakuntza eta izarren orbita prezesioa eremu grabitazional bortitzetan 
Esne Bidearen erdian dagoen  Sagittarius A* zulo beltz supermasiboren inguruan orbitatzen duen S2 izarrak igorritako argiaren gorriranzako lerrauntza Very Large Telescope bidez nehurtu zen, GRAVITY, NACO eta SIFONI tresnak erabiliz. Gainera, Schwarzschild prezesioa antzeman da S2 izarraren orbitan zulo beltzetik hurbil igarotzean.

Baliokidetasunaren printzipio bortitza 
Erlatibitate orokorraren baliokidetasun bortitzaren printzipioak erorketa askearen unibertsaltasuna definitzen du, baita barne grabitate bortitza duten gorputzentat ere. Printzipio honen frogak aurkitzea ez da erraza, Eguzki Sistemako gorputzek barne grabitate ahula dutelako eta Esne Bidearen zentrutik pulsar nano zuri sistema bitarretan jasandako erakarpen indarra ahula delako.  4200 argi-urtera PSR J0337+1715 deituriko hiru izarren sitema aurkitu ostean baliokidetasun bortitzan printzipioa frogatzea posible da. Sistema neutroi-izar batez eta bi nano zuriz osatua dago. Neutroi izarrak nano zuri baten inguruan 1,6 eguneko orbitan biratzen du eta bi hauek urrutiago dagoen nano zuriaren inguruan 327 eguneko orbitan. Sistema hau erabiliz, pulsarretik urrun dagoen nano zuriak pulsarrean eta gertu duen bigarren nano zurian eragindako erakarpen indarrak konpara ditzakegu, pulsarrak barne grabitate bortitza baitu. Pulsarrak eta hurbil duen nano zuriak jasandako azelerazioen arteko aldea 2.6×10−6koa da. (95% konfiantza-tarte).

X izpien espektroskopia 
Teknika hau gorputz grabitazional batek fotoi baten higidura aldatzen duenaren ideian datza. Oso ohikoa da zulo beltz bat eta haren inguruko akrezio-diskoak osatutako sistema. Zulo beltzak inguruan dituen gorputzek igorrirtako erradiazioan eragiten du, baita akrezio-diskoarenean ere. Einsteinen teoria zuzena dela onartuz, zulo beltzak Kerr-en metrika erabiliz deskribatzen dira. Beraz sistemaren eradiazioa neurtuz Einsteinen teoriaren egiatasuna froga dezakegu.

Zulo beltzak ete bere akrezio-diskoak osatutako sitemaren erradiazioak X izpi eran iristen dira Lurrera eta jasotako eradiazioa hainbat osagaietan deskonposatzen da. Einsteinen teoria espektro-termikoa eta islapen espektroa erabiliz egiazta daiteke. Espektro-termikoa erabiliz ez da espero Eisteinen teoriaren egiaztapen sendorik egitea, baina islapen espektroaren erabiliz emaitza oparoagoak lortzea espero da. Hala ere, bi kasuetan neurketen zihurgabetasuna dela eta zaila da emaitza zehatzak lortzea.

Froga kosmologikoak 
Eskala handietan egindako frogak ez dira Eguzki Sisteman egindakok bezain zorrotzak. Lehenengo froga kosmologikoa unibertsoaren espansioaren aurreikuspena eta aurkikuntza izan zen. 1922an Alexander Friedmannek Einsteinen ekuazioen soluzio ez-geldikorrak lortu zituen eta 1927an Georges Lemaîtrek konstante kosmologikoa erabiliz, Einsteinen ekuazioen soluzio estatikoak ezegonkorrak direla frogatu zuen. Beraz Einsteinek aurreikusitako unibertso estatikoa ezinezkoa da, espantsio edo uzkurdura bat jasan behar duela frogatuz. Lemaîtrek unibertsoak espantsio bat jasaten duela aurresan zuen eta argiaren gorriranzko lerrakuntza eta argiaren iturritik dagoen distantziaren erlazioa eman zuen, gaur egun Hubbleren legea bezala ezagutzen duguna. 1931n Einsteinek berak Friedmann eta Lemaîtren emaitzak onartu zituen. 1929an Edwin Hubble-ek unibertsoaren espantsioa aurkitu zuen, fisikari gehienen ustez erlatibitate orokorraren egiaztapen zuzena dena. 1930ean, E. A. Milneren lanei esker batez ere, argiaren gorriranzko lerrakuntza eta argiaren iturritik dagoen distantziaren erlazioa unibertsoa uniformea eta isotropoa dela onartzearen ondorio bat dela frogatu zen. Hala ere, unibertso ez estatiko baten aurresana ez zen tribiala izan eta batez ere erlatibitate orokorraren teoriak bultzatutakoa izan zen.

Hondoko mikrouhin erradiazioa aztertuz lortu daitezken inflazio kosmikoan zehar sorturiko grabitazio uhinen neurketen bidez erlatibitate orokorra ere froga daiteke. 2017ko abuztuan  European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) erabiliz, Einsteinek aurresandako grabitatearen efektuak frogatu ziren, Sagittarius A* deituriko zulo beltz supermasiboak sorturiko efektuak aztertuz. Einteinen teoriak gorputz handiek haien inguruko espazioa kurbatzen dutela dio, haien inguruan dauden gorputzen higidura zuzena perturbatuz. Nahiz eta Einstenen teoria balioztatzen zuten hainbat froga izan, erlatibitate orokorraren teoria hain gorputz handiarekin frogatzen zen lehenengo aldia izan zen. Emaitzak The Astrophysical Journal-en argitaratu ziren.

Leiar grabitazionala 
Hubble Space Telescope eta Very Large Telescope erabiliz, astronomoek eskala galaktikoetan frogatu dute erlatibitate orokorraren teoria. Gertu dugun ESO 325-G004 dituriko galaxiak lente grabitazional baten modura dihardu, honen atzean dauden galaxien argia distorsionatuz eta bere zentroaren inguran Einsteinen eraztuna sortuz. ESO 325-G004-ren masa eta bere inguruko espazioaren kurbadura alderatuz, eskala astronomiko auetan grabitateak erlatibitate orokorrak aurresan bezela jokatzen duela ikusi zen.

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Erlatibitate orokorra