NeoFronteras

La guadaña de GW170817

Área: Espacio,Física — viernes, 22 de diciembre de 2017

Las medidas del primer evento de colisión de estrellas de neutrones detectado por ondas gravitacionales se carga de un plumazo toda una panoplia de teorías de gravedad.

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Tenemos abierta una nueva ventana al Cosmos. No es una exageración grandilocuente, es la pura verdad. El poder medir las ondas gravitacionales (OG) ya está poniendo límites obtenidos experimentalmente a muchos modelos y teorías que teníamos.

La existencia de la materia y energía oscuras ha permitido la proliferación de distintas teorías alternativas a la Relatividad General. Uno de los resultados más importantes, que se repetirá de nuevo cuando LIGO y Virgo comiencen a funcionar de nuevo tras otra actualización, fue el registro de la colisión de dos estrellas de neutrones el pasado agosto. Fue el evento GW170817. Ha sido la noticia del año y, posiblemente, de la década. A diferencia de la colisión de agujeros negros, que no deja contrapartida electromagnética, en este caso sí se pudo registrar la emisión gamma primero y luego las subsiguientes gamas de frecuencias hasta llegar a las ondas de radio.

El estallido corto de rayos gamma registrado por Fermi permitió afirmar que las ondas gravitatorias viajan a la velocidad de la luz (c), pues se registró esta emisión antes incluso (poco menos de dos segundos) que los rayos gamma (se tarda un poco en darse la emisión gamma tras el colapso). Una desviación, aunque pequeña, de c hubiera dado lugar a una gran diferencia al cabo de 130 millones de años. Este resultado tan sencillo ha dado lugar recientemente a un inmenso aluvión de artículos científicos. Los ArXiv de Cornell están que arden.

Muchas teorías alternativas predicen que la velocidad de las OG es inferior a la de la luz, así que el hecho de que no sea así las borra del mapa intelectual de la Física Teórica, aunque algunas llevan un tiempo resistiéndose a morir pese a que tampoco funcionaban para el Sistema Solar.

Pero esta ola de estudios ha permitido cargarse ya las teorías tipo MOND, tipo Einstein-Éter, de Horndeski, Horava, Galileon, TEVES… Según algunos, las peor paradas han sido las teorías gravitatorias alternativas que tratan de explicar los efectos de la energía oscura.

Obviamente no vamos a ver todos esos resultados en detalle, así que nos centraremos en uno de ellos. Para los curiosos se listan algunos enlaces al final de este texto. Una búsqueda en la web de ArXiv produce aún más artículos al respecto.

Como todos ya sabemos, la energía oscura se llama así por similitud en ignorancia que se tiene sobre ella a la materia oscura, pero es de una naturaleza totalmente distinta. Se trata de una energía del vacío que hace que la expansión de Universo se acelere en una especie de “antigravedad”. Da cuenta del 68% del total de masa-energía del Universo, pero desconocemos cuál es su naturaleza. La explicación más sencilla es que se trate de la constante cosmológica.

Miguel Zumalacárregui (UC Berkeley) y Jose María Ezquiaga (Berkeley Center for Cosmological Physics) han publicado un artículo en Physical Review Letters sobre este tema de la energía oscura bajo la óptica de GW170817. Según ellos, supone un avance a la hora de dilucidar la naturaleza de la energía oscura.

El modelo de la constante cosmológica como explicación a esta energía del vacío sobrevive a este test. Básicamente es constante en el espacio y el tiempo, que las OG sean afectadas de la misma manera que la luz por la energía oscura, tal y como sería si la energía oscura es una constante cosmológica, implica que tanto la luz como las OG viajan a la misma velocidad, tal y como se ha comprobado. Según estos investigadores, la explicación más sencilla consistente en una constante cosmológica es la mejor explicación a la energía oscura.

Pero GW170817 descarta muchas alternativas, sobre todo, las cosmologías tipo “quintic Galileon” en 300 de sus múltiples variantes.

Algunas teorías complicadas se salvan por los pelos (de momento) debido al margen de error que todavía se tiene. Una de ellas es la gravedad masiva, que asigna una masa a los gravitones. Si estas hipotéticas partículas tienen una masa muy pequeña, entonces todavía se resisten a desaparecer.

Según Zumalacárregui algunas teorías alternativas simples sobreviven al test, pero perdiendo parte de su simplicidad por el camino. Ezquiaga y unos colaboradores ya publicaron en abril de este año un estudio que exploraba las condiciones teóricas bajo las cuales las OG pueden viajar a distinta velocidad de la luz, por lo que les fue relativamente fácil analizar el resultado de GW170817.

Un implicación interesante de esta nueva ventana observaciones es recolectar OG de distintas fuentes (“sirenas estándar”) y usar esto para medir la tasa de expansión del Universo, lo que permitiría caracterizar mejor la energía oscura. Esto sería similar al uso de supernovas de tipo Ia como candelas estándar para el mismo cometido.

Se pueden usar estas supernovas para medir cómo era la expansión cosmológica hace tiempo y compararla con la actualidad, de hecho fue así cómo se descubrió la energía oscura, pero diversas imprecisiones (como la que produce la presencia de polvo cósmico en el camino) introducen discrepancias que son difíciles de ajustar.

Conseguir más datos al respecto por otra vía, en este caso usando OG, sería de un valor incalculable. Entre otras cosas, quizás nos permitiera saber la constante de Hubble con mejor precisión y sin las discrepancia que tenemos ahora. El valor de esta constante que se obtiene del fondo cósmico de radiación de ligeramente distinto del obtenido por la supernovas de tipo Ia. Zumalacárregui cree que el uso de sirenas estándar basadas en OG podría ayudar en este sentido. “Estoy realmente excitado por los años venideros. Al menos algunos de estos modelos de energía oscura no estándars podrían explicar la discrepancia en la constante de Hubble”, dice Zumalacárregui.

“Quizás hemos subestimado algunos eventos o no se tiene en cuenta algo, por lo que necesitamos revisar la cosmología estándar del Universo. Si este estándar se mantiene, necesitaremos ideas teóricas radicalmente nuevas que son difíciles de verificar experimentalmente, como la de universos múltiples. Sin embargo, si el estándar falla, tendremos vías experimentales contra las que comprobar la ideas”, añade.

Además, nuevos instrumentos y campañas pronto intentarán medir mejor la energía oscura, como el que en 2019 estudiará lentes gravitatorias.

La aventura no hecho más que comenzar.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5894

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia en ArXiV.
Otros artículos por orden cronológico:
[2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15].
Ilustración: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.

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

  1. lluís:

    ¿Las ondas gravitatorias o gravitacionales están “en reposo” con relación a ‘c’, y viceversa?. Descartar teorías es, desde luego, muy interesante, pero revisar la cosmología estándar del universo, -¿supongo bien si por esa revisión entiendo que debe revisarse el modelo Lambda-cold dark matter?- para caer en el asunto de los ” universos multiples, que resultan prácticamente inexperimentables, no parece una idea muy alentadora, casi mejor que falle el estándar.

  2. gunnar h:

    Fantástico, lo experimental corrobora lo real y no deberíamos tener miedo de ver de frente la única realidad existente, por que puede ser que por muy porfiados salgamos de este mundo sin conocer la verdad y es por ello que deberíamos incesantemente buscar la verdad, es bueno que todos los modelos falsos hayan sido desvirtuados y aproximarnos más a lo que es real.
    Se dice que muchos piensan mejor que pocos, por ello seria muy positivo abrir alguna página donde muchos entusiastas con la supervisión de expertos puedan plantar experimentos (que muchas veces son sencillos)para tratar de encontrar en las fronteras de la ciencia las verdaderas respuestas a muchas interrogantes, que con seguridad aparecerán muchas geniales.

  3. tomás:

    A mi querido amigo Lluís: Pienso que sí, que los fotones emitidos unos segundos después de las ondas gravitatorias han de considerarse en reposo respecto a estas puesto que viajan a la misma velocidad. A sí que si tomamos una dirección determinada, la onda y el fotón que le sigue, han de estar en reposo uno respecto al otro.

  4. lluís:

    Entonces,tomás, de acuerdo con tu comentario 3,que concuerda con lo por mí preguntado, que la longitud de esas ondas gravitatorias debería ser nula, por que cuanto más deprisa viajan más estrechas deberían ser en la dirección de su movimiento y cuando esos ondas alcanzan la velocidad de la luz, su longitud, como dije, debe ser nula. Con respecto a observadores estacionarios, la onda debe aplastarse como si fuera de “plastilina”, por ejemplo.Y creo que si fueramos montados sobre una de esas ondas gravitacionales podríamos observar como el universo se nos aleja en sentido contrario. Todo bastante extraño, pero es que la Relatividad Especial tiene unas consecuencias asombrosas.

    Felices fiestas, tomás; bien, deseo extensible a todos los que por aquí pulalamos y por supuesto a Neo, cuyo trabajo, con su esfuerzo, en pro del conocimiento es muy meritorio.

  5. Miguel Ángel:

    Felices fiestas.

  6. Procinctus:

    Feliz Navidad a todos los que hacen posible esta gran página, así como a los lectores y comentaristas asiduos.

  7. Miguel Ángel:

    Volviendo a la noticia, veo que las teorías que quedan peor paradas son, mayoritariamente, teorías consideradas marginales, como la MOND, cuyas predicciones tampoco coinciden con los datos observacionales de los púlsares binarios.

  8. tomás:

    Gracias por la parte que me toca, querido Miguel, aunque este tipo de cosas, felicitaciones, deseos de lo mejor y todo eso tiene la virtud de que puede dividirse en tantas partes como quieras, a pesar de lo cual, a todos y a cada uno les toca el total. Asombroso.

  9. tomás:

    No sé, mi buen amigo Lluís. Si voy montado en una onda o en un fotón creo que no podré ver nada, puesto que ninguna luminosidad podrá alcanzarme. En cuanto a lo de la longitud de onda nula, pues tampoco sé: las ondas electromagnéticas tienen sus características, que no pierden por ir a su velocidad, es decir a la de la luz…
    Un abrazo relativo… y, como ves, suspensivo.

  10. Albert:

    Lluis, personalmente entiendo que la pregunta ¿Las ondas gravitacionales están “en reposo” con relación a la luz y viceversa? No tiene respuesta (sentido), en el ámbito de la Física actual.
    El estado de movimiento o reposo, (velocidad) se define respecto un sistema de referencia en el que pueda haber un observador material capaz de hacer medidas.
    No puede haber observadores materiales (y por lo tanto no puede haber sistemas de referencia) que se desplacen a la velocidad de la luz, (ningún observador puede ver la luz “parada”) Ni puede haber observadores a 1.5 veces la velocidad de la luz, ni a 2 veces c, ni …
    Ello hace que la pregunta ¿qué veríamos si nos desplazásemos con la misma velocidad y sentido que un fotón?, carezca de sentido en el ámbito de la Ciencia actual.
    Saludos.

  11. Juan:

    Me parece raro que la ondas gravitacionales viajen a la velocidad de la luz pero el universo se pueda expandir más rápido (que es la explicación que me dieron al redshift muy grande de las galaxias lejanas).

  12. petrus:

    Eso de cabalgar sobre las ondas gravitatorias suena a épico y hasta heroico y supermánico ( de Superman…), pero resulta difícil de imaginar, y eso que somos, dicen, polvo de estrellas. Creo que en toda la relatividad hay un poso de paradoja indigerible, que lucha contra la razón y la lógica, seguramente porque no se ha entendido correctamente. Probablemente nos pasa lo mismo que a los del medievo cuando se preguntaban a dónde iba el sol por la noche y qué pasaba con el agua de los Finisterres cuando se llegaba al final del océano.
    Habrá que esperar la llegada de un nuevo Einstein del XXI ó del XXII ó…y curve el escenario en la dirección adecuada o de razón de qué hace que las masas se desplacen para que, de pronto, todo ocupe su sitio de una manera sencilla y maravillosa… como cuando , aún niño, de pronto, entiendes la demostración del teorema de Pitágoras, y los lados del triángulo rectángulo se elevan al cuadrado y se colocan, ellos solitos, en perfecta formación, a2=b2 +c2 ..

  13. Albert:

    Juan, el Universo no se expande a ninguna velocidad. NO existe algo llamado “velocidad de expansión del Universo” (medible en km/s)
    El Universo tiene una TASA o RATIO de expansión que se llama parámetro de Hubble, que actualmente tiene un valor de 67.74 (km/s)/Mpc.
    Puedes encontrar detalles aquí: http://forum.lawebdefisica.com/threads/37553-%C2%BFEl-universo-se-expande-a-una-velocidad-mayor-que-la-de-la-luz
    Saludos.

  14. tomás:

    Pues en las profundidades de mi ser, lego, no más que aficionado a la cultura que incluye la ciencia, siempre he visto a la constante de Hubble como una suerte de aceleración que en vez de ser -en dimensiones- L/(T)^2, es decir un incremento de L/T cada T, resulta ser, como dice Albert -traducido- L/T cada L, o sea (L/T)/L, lo que nos lleva a L/(TL) y, de ahí, a 1/T.
    Es decir, un inverso del tiempo, lo cual me asombra.

  15. JavierL:

    Amigo Juan, complementando lo que dice Albert, es como si cada porción de universo producíera más universo (creará espacio nuevo)… Todo crece como la idea de un globo con marcas que se infla separando dichas marcas…

    Mientras más universo haya entre dos puntos más espacio se crea… Si una galaxia está tan lejos que todo el espacio entre ellas y nosotros es tan grande como para la suma de todos los pedazos que aporta cada porción te de 300.000 km de espacio entonces te crea la idea de que se aleja más rápido de ti que la luz.

    Pero como verás no es que se expanda más rápido que la luz… Cada pedazo se expande a la misma taza que te indica Albert, es solo que el efecto acumulado es mayor mienta más espacio haya

  16. lluís:

    Hombre, Albert, lo que dices es correcto, está muy claro que no puede haber observadores “materiales” que hagan eso, desplazarse a la velocidad de la luz. Claro que ahora me veo obligado a preguntarte qué entiendes tú por ” observador material”.Para mí, un observador no es más que un sistema que permite que podamos medir tanto tiempos como coordenadas espaciales en sistemas físicas.Nada tiene que ver “el observador”, con algo que puedan ver nuestros ojos (quiero decir que el observador no es un señor que está por ahí fisgando qué pasa e interpretando el proceso físico correspondiente.Tampoco tiene por que ser un “ser inteligente” que comprenda qué es lo que está sucediendo en un punto del espacio. Es por todo esto que hipotetizé esa situación que no ha sido de tu agrado,y basándome en la pregunta que se hizo Einstein, ¿ Que pasaría si pudiera ir montado en un rayo de luz?

    Un saludo, amigo Albert.

  17. tomás:

    Amigo JavierL: Como dices, “… es como si cada porción produjera más universo…”. Pero me sumo a la última frase de Lluís en su 16.
    Un abrazo.

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