Cuando los científicos registraron una ondulación en el espacio-tiempo, seguida en dos segundos por un estallido de luz asociado observado por docenas de telescopios en todo el mundo, habían sido testigos, por primera vez, de la colisión explosiva y la fusión de dos estrellas de neutrones.
El intenso evento cosmológico observado el 17 de agosto también tuvo otras reverberaciones aquí en la Tierra: descartó una clase de teorías de energía oscura que modifican la gravedad y desafió a una gran clase de teorías.
La energía oscura, que está impulsando la expansión acelerada del universo, es uno de los mayores misterios de la física. Constituye aproximadamente el 68 por ciento de la masa y energía totales del universo y funciona como una especie de antigravedad, pero no lo hacemosTodavía no tengo una buena explicación para ello. En pocas palabras, la energía oscura actúa para separar la materia, mientras que la gravedad actúa para unir la materia.
La fusión de la estrella de neutrones creó ondas gravitacionales, una distorsión ondulada en la estructura del espacio y el tiempo, como una piedra arrojada que envía ondas a través de un estanque, que viajó unos 130 millones de años luz a través del espacio y llegó a la Tierra casien el mismo instante que la luz de alta energía que salió de esta fusión.
La firma de ondas de gravedad fue detectada por una red de detectores terrestres llamados LIGO y Virgo, y el telescopio espacial de rayos gamma Fermi observó el primer estallido intenso de luz.
Ese tiempo de llegada casi simultáneo es una prueba muy importante para las teorías sobre la energía oscura y la gravedad.
"Nuestros resultados hacen un progreso significativo para dilucidar la naturaleza de la energía oscura", dijo Miguel Zumalacárregui, físico teórico que forma parte del Centro Berkeley de Física Cosmológica en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab y UC Berkeley.
"Las teorías más simples han sobrevivido", dijo. "Realmente se trata del momento".
Él y José María Ezquiaga, investigador de doctorado visitante en el Centro de Física Cosmológica de Berkeley, participaron en este estudio, que se publicó el 18 de diciembre en la revista Cartas de revisión física .
Una teoría de "constante cosmológica" de 100 años introducida por Albert Einstein en relación con su trabajo sobre relatividad general y algunas otras teorías derivadas de este modelo siguen siendo contendientes viables porque proponen que la energía oscura es una constante tanto en el espacio como en el espaciotiempo: las ondas gravitacionales y las ondas de luz se ven afectadas de la misma manera por la energía oscura y, por lo tanto, viajan a la misma velocidad a través del espacio.
"La explicación favorita es esta constante cosmológica", dijo. "Eso es tan simple como va a ser".
Hay algunas teorías complicadas y exóticas que también son válidas para la prueba presentada por las mediciones de la fusión de estrellas. La gravedad masiva, por ejemplo, una teoría de la gravedad que asigna una masa a una hipotética partícula elemental llamada gravitón, aúntiene una pequeña posibilidad si el gravitón tiene una masa muy ligera.
Sin embargo, algunas otras teorías, que sostenían que la llegada de las ondas gravitacionales se separaría en el tiempo de la firma luminosa de la fusión de estrellas por períodos mucho más largos, que se extienden hasta millones de años no explican qué fuevisto, y debe ser modificado o desechado.
El estudio señala que una clase de teorías conocidas como teorías de tensor escalar es particularmente cuestionada por las observaciones de la fusión de la estrella de neutrones, incluidas las teorías Einstein-Aether, MOND relacionadas con la dinámica newtoniana modificada, Galileon y Horndeski, anombrar unos pocos.
Con algunos ajustes, algunos de los modelos desafiados pueden sobrevivir a la última prueba de la fusión estelar, dijo Zumalacárregui, aunque "pierden algo de su simplicidad" en el proceso.
Zumalacárregui se unió al centro cosmológico el año pasado y es investigadora global de Marie Sk? Odowska-Curie que se especializa en estudios de gravedad y energía oscura.
Comenzó a estudiar si las ondas gravitacionales podrían proporcionar una prueba útil de energía oscura después del anuncio de febrero de 2016 de que los dos conjuntos de detectores de ondas gravitacionales llamados LIGO el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser capturaron la primera medición confirmada de ondas gravitacionales.Los científicos creen que esas ondas se crearon en la fusión de dos agujeros negros para crear un agujero negro más grande.
Pero ese tipo de eventos no producen un estallido de luz asociado. "Se necesitan ambos, no solo ondas gravitacionales para ayudar a probar las teorías de la gravedad y la energía oscura", dijo Zumalacárregui.
Otro estudio, que publicó con Ezquiaga y otros en abril de 2017, exploró las condiciones teóricas bajo las cuales las ondas de gravedad podrían viajar a una velocidad diferente a la de la luz.
Otra implicación para este campo de investigación es que, al recopilar ondas gravitacionales de estos y posiblemente otros eventos cosmológicos, es posible utilizar sus firmas características como "sirenas estándar" para medir la tasa de expansión del universo.
Esto es análogo a cómo los investigadores usan las firmas de luz similares para los objetos, incluido un tipo de estrellas explosivas conocidas como supernovas de Tipo Ia y estrellas pulsantes conocidas como cefeidas, como "velas estándar" para medir su distancia.
Los cosmólogos usan una combinación de tales medidas para construir una llamada escala de distancia para medir qué tan lejos está un objeto determinado de la Tierra, pero hay algunas discrepancias no resueltas que probablemente se deban a la presencia de polvo espacial e imperfecciones en los cálculos.
Recopilar más datos de eventos que generan ondas gravitacionales y luz también podría ayudar a resolver diferentes mediciones de la constante de Hubble, un indicador popular de la tasa de expansión del universo.
Zumalacárregui señaló que la tasa de Hubble calibrada con mediciones de distancia de supernovas difiere de la tasa de Hubble obtenida de otras observaciones cosmológicas, por lo que encontrar sirenas más estándar como fusiones de estrellas de neutrones podría mejorar las mediciones de distancia.
El evento de fusión de estrellas de neutrones de agosto presentó una oportunidad inesperada pero muy bienvenida, dijo.
"Las ondas gravitacionales son una confirmación o refutación muy independiente de las mediciones de la escala de distancia", dijo. "Estoy realmente emocionado por los próximos años. Al menos algunos de estos modelos de energía oscura no estándar podrían explicar esta discrepancia de velocidad de Hubble".
"Tal vez hemos subestimado algunos eventos, o algo no se tiene en cuenta para eso tendremos que revisar la cosmología estándar del universo", agregó. "Si este estándar se cumple, necesitaremos ideas teóricas radicalmente nuevas que son difíciles de entender".verificar experimentalmente, como múltiples universos, el multiverso. Sin embargo, si este estándar falla, tendremos más vías experimentales para probar esas ideas ".
Se están poniendo en línea nuevos instrumentos y estudios del cielo que también tienen como objetivo mejorar nuestra comprensión de la energía oscura, incluido el proyecto de instrumento espectroscópico de energía oscura dirigido por Berkeley Lab que está programado para comenzar a operar en 2019. Y los científicos que estudian otros fenómenos, como el ópticoLas ilusiones en el espacio causadas por lentes gravitacionales, un efecto inducido por la gravedad que hace que la luz de los objetos distantes se doble y distorsione alrededor de los objetos más cercanos, también será útil para hacer mediciones más precisas.
"Podría cambiar la forma en que pensamos sobre nuestro universo y nuestro lugar en él", dijo Zumalacárregui. "Va a requerir nuevas ideas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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