NeoFronteras

Primeros resultados interesantes del Fermi

Área: Espacio — Miércoles, 25 de Febrero de 2009

Desfase en fotones gamma quizás nos hablen de la estructura del espacio tiempo a la escala de Planck.

Foto
Contrapartida óptica de la erupción de rayos gamma GRB 080916C tomada por el telescopio Swift (NASA, Swift, S. Immler).

El telescopios de rayos gamma Fermi ya empieza a dar sus primeros resultados. Recientemente ha detectado un estallido o erupción muy potente de rayos gamma. El evento fue además registrado por el telescopio de gran área del FGST.
Estas súbitas erupciones de alta energía no se comprenden muy bien, y en algunos casos no se sabe ni su origen ni su mecanismo de producción. El telescopio Fermi puede ayudar a comprenderlos.
La explosión en cuestión fue designada como GRB 080916C y se dio el pasado 15 de septiembre en dirección hacia la constelación de Carina. Ambos sistemas de registro proporcionaron datos de los fotones de rayos gamma, que tenían energía comprendidas entre 3000 veces 5000 millones de veces la energía de los fotones de luz visible.
Con el sistema GROND montado sobre el telescopio de 2,2 metros del observatorio de La Silla (Chile) un grupo de científicos europeos pudo además estimar que la fuente de este estallido está situada a unos 12.200 millones de años luz.
A partir de estos datos se calculó que la explosión que dio lugar a esta estallido fue 9000 veces más energética que un supernova promedio y que el gas propulsado por al misma tuvo que moverse a un 99,9999% de la velocidad de la luz. A día de hoy se puede considerar a esta explosión como una plusmarca en este tipo de observaciones.
El estallido es, además de espectacular, muy enigmático, ya que se dio un retraso temporal entre una emisión a la máxima energía y otra de menor energía. Este desfase sólo se ha observado una vez con anterioridad de manera clara. Es posible que la existencia de otros elementos como remanentes de supernova, campos magnéticos, agujeros negros o el haber atravesado un medio material tenue puedan ser los responsables de este desfase, pero hay una explicación mucho más interesante.
Según la Teoría Cuántica de Lazos (o Gravedad Cuántica de Lazos o GCL), una teoría cuántica de la gravedad todavía en desarrollo y una alternativa a las teorías de cuerdas, el espacio tiempo tendría una determinada textura a la escala de Planck. Los fotones electromagnéticos encontrarían una resistencia distinta al viajar por el espacio vacío dependiendo de la energía que poseyeran. Como consecuencia la velocidad de la luz en el vacío variaría ligeramente para las distintas frecuencias. El efecto es minúsculo, pero para fotones muy energéticos que viajen una gran distancia quizás se pueda medir si es que existe. En este caso se dan precisamente esas dos circunstancias pues los fotones gamma son muy energéticos y han estado viajando unos 12000 millones de años luz.
Comprobar esta predicción de la GCL es precisamente una de las misiones a las que está dedicado el telescopio Fermi. De momento una estadística de un solo caso no es relevante, pero si se registran más casos entonces podríamos decir que la velocidad de la luz en el vacío no es la misma para distintas frecuencias y que la GCL tiene sentido físico. Por otro lado, las teorías de cuerdas sufrirían en este caso un fuerte revés, porque hasta ahora no han hecho ninguna predicción que sea contrastable desde el punto de vista experimental.
No se sabe muy el origen de estos rayos gamma, pero se teoriza que quizás estén relacionados con agujeros negros o estrellas de neutrones, quizás incluso con casos de colisión entre este tipo de objetos. Seguro que el Universo nos reserva más sorpresas.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa del Slac.
Artículo original (resumen).
Vídeo humorístico sobre cuerdas y teoría cuántica de lazos (en inglés).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios

  1. Petrus:

    El universo es cada vez más enigmático. Con tantos frentes de observación abiertos, se hace difícil al profano ( y todos lo somos en casi todos los campos ) hacerse una idea real de lo existente .
    Cualquiera que sea la imaginación que pongamos en un relato de ciencia ficción, la ciencia realidad lo reducirá a escombros enseguida. Es como jugar al ajedrez con el Gran Maestro: cualquiera que sea nuestra jugada, la de El es siempre nueva, inesperada y más hermosa que las anteriores.
    Es una maravilla poder estar vivos en esta época de la Humanidad.

  2. lluís:

    El “gran maestro”, fue derrotado por “Deep Blue”. Y a ese otro “Gran Maestro”, hace tiempo que le derrotó la Evolución. Desde luego es cierto que el Universo es enigmático, pero bien pensado hace muy poco tiempo que nos las vemos con él. Confío en Einstein cuando dijo que lo realmente incomprensible del Universo es que es comprensible. En cuanto al desencuentro de las teorías de cuerdas con la gravedad de lazos -dos de las teorías más conocidas en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad-, el propio Smolin reconoció que al principio, también se sintió tentado por las cuerdas, porque había una sola teoría de cuerdas, pero luego aparecieron miles de teorías de cuerdas, al parecer todas consistentes, y que eso conduce a un número infinito de Universos. Desde luego la teoría de la gravedad de lazos prescinde la extraña singularidad inicial y además también falla como una teoría de partículas elementales, por esto hay tantísimos tipos de cuerdas.

  3. NeoFronteras:

    Todavía es pronto para decir nada. Incluso este efecto se podría dar simplemente porque los fotones viajan a través de un medio material. Por muy tenue que éste sea puede dar una velocidad de la luz distinta a distintas frecuencias, que básicamente es la misma razón por la que hay arco iris o un prisma de vidrio produce un espectro de luz.
    Sólo después de una estadística suficiente en este tipo de eventos se podrá descartar o no este tipo de efectos.
    Además la GCL está sin terminar (si es que se termina alguna vez) y esa predicción de la velocidad de la luz para fotones ultraenergéticos se introduce un poco ad hoc. Básicamente bajo ciertos argumentos de plausibilidad la simetría Lorentz tendría correcciones no lineales a esas escalas que provocarían este efecto. Otras teorías que tengan la misma filosofía que la GCL podrían predecir lo mismo. Lo malo es que, de momento, no pueden deducir este efecto a partir de primeros principios. Los que propusieron este efecto fueron honestos en este punto y lo suficientemente cautos como para no “pillarse los dedos”.
    Lo interesante de este tipo de teorías es que al no fijar un background la geometría debe de desprenderse de la teoría, sería un producto de ella y no un postulado a partir del cual se construye la teoría (al contrario que las cuerdas).
    GCL y otras teorías similares pretender proponer un mecanismo para que el propio espacio y el tiempo surjan de entes más básicos y esto es mucho más ambicioso que una teoría de partículas elementales. Aunque Smolin tiene algún trabajo (muy especulativo) según el cual las propias partículas surgirían a partir de propiedades de ese espacio-tiempo creado de esa manera.
    Las cuerdas sí son capaces de predecir las partículas del modelo estándar (y muchas más) si se fijan un montón de parámetros externos y se admiten una espacio de 11 dimensiones con la mayoría de esas dimensiones compactificadas en una geometría específica. Como resultado se tienen 10 elevado a 500 teorías de cuerdas. Parece un precio muy alto por querer incorporar unos gravitones que tal vez ni existan. Y su pretendida unificación con la gravedad es poco más que estos gravitones obtenidos perturbativamente (una técnica de cálculo típica en Teoría Cuántica de Campos para obtener aproximaciones a una solución) sobre un fondo fijo.
    En el pasado ha habido intentos de unificación que luego se demostró que eran falsos, como cuando se llegó a proponer la existencia del éter. Quizás estemos ahora en una situación similar.

  4. Alejandro Álvarez:

    El código no funciona y lo he intentado varias veces. Tomen nota.

  5. NeoFronteras:

    Estimado Alejandro:
    Haga clic sobre el enlace de abajo que dice “Si tiene problemas comentando lea esto”. De todos modos pruebe a enviar el comentario por email para así saber el problema.

  6. lluís:

    Y no sólo en este tipo de teorías más modernas es interesante la no preexistencia de una geometría fija y absoluta “tipo Newton”. El propio Einstein era del mismo parecer. Al igual Leibniz quien se las tuvo con Newton por la misma cuestión. Leibniz tampoco quería tiempo-espacio fijo y absoluto, sino relacional y dinámico.

  7. lluís:

    Y pensándolo bien se me ha pasado por alto lo importante. Si conociéramos la estructura del espacio-tiempo a la escala de Planck, deberíamos tener un teoría de la gravedad cuántica, y si tuviéramos una teoría de la gravedad cuántica que encaje con la RG, tendríamos una teoría de todo (Aunque Sir Martin Rees dice que no debería llamarse “teoría del todo”, porqué suena un tanto orgulloso y que no tiene en cuenta al 99% de científicos, aunque muy británicamente acaba refiriéndose a ella como una teoría del todo, sin llamarla exactamente así. Ya, digo muy británico, el director actual de la Royal Society).

  8. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    El nombre “Teoría del todo” tan poco afortunado, como el de “la partícula de Dios” y otros nombres rimbombantes. Sirven para atraer al público pero producen equívocos.
    Incluso aunque se consiguiera una teoría física que uniese MQ y RG eso no explicaría todo, ni siquiera la Física. ¿Es un vacío de espacio-tiempo, materia y energía una nada? ¿Hay otras posibles Físicas? ¿Por qué esta Física y no otra? ¿Por qué estas leyes y no otras? ¿Por qué estos valores de ciertos parámetros y no otros? ¿Por qué algo en lugar de nada?

  9. lluís:

    Creo recordar que Guth explicó al hablar de su teoría de la inflación que se podía tener un universo que surgiese de la nada y se refirió a ello utilizando la expresión “Un almuerzo gratis”. Las preguntas me parecen más filosofía que otra cosa. Aunque desde luego son procedentes, ¿por qué unas partículas y no otras o por qué unas fuerzas y no otras? ¿Y si al final de todo resulta que “todo” no es otra cosa que un holograma, un universo holográmico como el de los cuadros (impresionantes) de Escher? Un juego de luces y unas sombras chinescas. ¿Hay que pensar que debemos renunciar a entender el mundo-universo? ¿Entonces que hacemos aquí,en una web como esta quiero decir?

  10. NeoFronteras:

    La inflación es introducida ad hoc en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, y un poco después del tiempo de Planck. Así se soluciona el problema de la homogeneidad y planitud del Universo. No hay pruebas directas de su existencia.
    Aún así, si se hubiera dado la inflación no sería un almuerzo tan gratuito. Podría ser que incluso hubiera borrado información fundamental para la comprensión del Universo, por lo que se hubiera impuesto un límite cosmológico al conocimiento humano y la ciencia no podría resolver nunca ciertos aspectos ligados a la aparición del Universo.

    La preguntas de antes son quizás sólo filosóficas porque la ciencia puede que no sea capaz de responderlas. Aún así son igualmente válidas.

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